A termelékenység függése a külső levegő hőmérsékletétől Ipari esettanulmány – General Electric Előadó: Gunkl Gábor, energetikai mérnök BSc. Készítették: dr. Zsebik Albin, CEM, okl. gépészmérnök, zsebik@energia.bme.h dr. Balikó Sándor, CEM, okl. gépészmérnök, baliko@t-online.hu Gunkl Gábor, energetikai mérnök BSc., gunkl@jomuti.hu KLENEN '12

I. Tartalom Hőkezelő kemence-technológia hűtési szakaszának vizsgálata: a kemence hűtésének matematikai modellje A hőkezelő technológiák hulladékhője A hulladékhő hasznosítása fűtési célra KLENEN '12

II. A kemence hűtésének matematikai modellje Primer kör: hőátadás a töltet és a hűtővíz között, szállítás a pufferbe Szekunder kör: hő elvonása a pufferből Tercier kör: hő elvonása a szekunder körből indirekt úton (hőcserélővel) Modellezés: véges differenciákra osztás elvén Hőkezelő technológia kapcsolási sémája KLENEN '12

II. A kemence hűtésének matematikai modellje Primer köri modell: Konvektív és sugárzásos hőátadás közelítése átlagos hőátbocsátási tényezővel Összefüggés a dimenziótlan helykoordináta (x) és az idő között (térfogatsebesség): KLENEN '12

II. A kemence hűtésének matematikai modellje Puffer modell: Első közelítés: tökéletesen kevert puffer – nem megfelelő Késleltetési hatás nem elhanyagolható: tökéletes keveredés V1 térfogatban, hőmérsékleti rétegződés V2-ben V1 hőmérséklete a következő összefüggésből: V2-t véges térfogatelemekre osztottuk: KLENEN '12

II. A kemence hűtésének matematikai modellje Szekunder köri modell: A hőcserélők kis hőkapacitása miatt (lemezes) csak stacioner modell, eredő hatásossággal: KLENEN '12

II. A kemence hűtésének matematikai modellje Számítási eredmények: A hűtési idő legfeljebb 20%-al csökkenthető, azonban technológiai előírás a 27°C legalacsonyabb pufferhőmérséklet! Mivel a hűtési szakaszok hossza kb. 1/12-1/24 része a teljes hőkezelési ciklusnak, a termelékenység járulékos hűtéssel csak minimális mértékben növelhető KLENEN '12

III. A kinyerhető technológiai hulladékhő Hulladékhő mennyiségének számítása: Hőmérséklet-regisztrátumok és különböző üzemállapotokban mért térfogatáramok alapján egy modellezett hőkezelési programmal. Hőkezelő kemencék villamosenergia-fogyasztása alapján. KLENEN '12

III. A kinyerhető technológiai hulladékhő Átlagos szekunder oldali hűtőteljesítmény: Modellel is alátámasztott, jellemző szekunder hűtési profil illesztése a 3 havi villamosenergia-felvételből számított átlagos görbékre. A kapott görbe felvett villamos energiára való illesztése. KLENEN '12

III. A kinyerhető technológiai hulladékhő Kinyerhető hulladékhő átlagos napi lefutása: A kemencékre külön meghatározott, átlagos hűtési görbék összegzése egy periodikusan ismétlődő időszakra (jellemzően egy napra). Ezek alapján az átlagos napi hulladékhő-mennyiség: 32,3 GJ. KLENEN '12

IV. A hőhasznosítás lehetséges módja és eredménye Ajánlott kapcsolás: Tervezési szempont: fűtési célú hőhasznosítás. Télen: hidrobank rendszer és hulladékhő-hasznosítás. Nyáron: levegő-folyadék hűtők részleges kiváltása. Központi puffer egyenlőtlenségek áthidalására fűtési üzemmódban. Nedves hűtőtorony a technológiai és hűtési hő disszipálására. KLENEN '12

IV. A hőhasznosítás lehetséges módja és eredménye Energetikai értékelés: Fűtés és hűtés összekapcsolása egy központosított rendszerrel. A berendezések kihasználtsága miatt nem csúcsra méreteztük. Nyáron a magasabb COP érdekében alacsonyabb alkalmazott kondenzátor hőmérséklet, így nem alkalmas HMV előállításra sem. KLENEN '12

IV. A hőhasznosítás lehetséges módja és eredménye Egyszerű gazdasági elemzés: KLENEN '12

IV. A hőhasznosítás lehetséges módja és eredménye   Jelenleg Beruházás után Fűtés Hűtés Energiahordozó Földgáz Vill. en. Kiváltott energia [GJ] 5968 5058 Átalakítási hatásfok/ hatásosság [%] 95 350 310 500 Energiafelhasználás [GJ] 6282 1445 1925 1012 Primerenergia-tényező [-] 1 2,6 Primerenergia-felhasználás [GJ] 3757 5005 2630 Fajlagos CO2 kibocsátás [kg/GJ] 56,1 100,8 CO2 kibocsátás [t] 352 146 194 102 Összes primerenergia-felhasználás [GJ] 10039 7636 Összes CO2 kibocsátás [t] 498 296 Hozzájárulás a VEP-hez: 2404 GJ primerenergia megtakarítás, 202 t CO2 kibocsátás-csökkenés. A virtuális erőmű 50%-os hatásfokát és 6000 h csúcskihasználási óraszámát figyelembe véve: 334 MWh energia-, És 55,6 kW teljesítmény hozzájárulás. KLENEN '12

Felhasznált irodalom: [1] Zsebik A.: Vezetékes energiaellátás – Távhőszolgáltatás, Oktatási segédanyag, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 2004. [2] Forrai Gy.: Távhőellátás gázmotorral és decentralizált hőszivattyúprogrammal, Előadásanyag, 24. Távhő Vándorgyűlés, 2011. [3] Balikó S., Zsebik A.: Projektlap minta, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, 2002. [4] KEOP 4.2.0/B Pályázati Útmutató, 2011 [5] A magyar millamosenergia-rendszer (VER) adatai, MAVIR kiadvány, Budapest, 2009 [6] A Mátrai Erőmű hatásfoknövelő átalakítása és annak tapasztalatai, MTA előadás, Budapest, 2009. - http://www.reak.bme.hu/MTAEB/files/13_Valaska_MTA20090326.pdf [7] Fürjes B.: Letettük a virtuális erőmű alapkövét, Energiagazdálkodás, 2011 KLENEN '12