Оптимизација система за коришћење отпадне топлоте из папир машине у производној хали фабрике картона

Abstract

Основни циљ докторске дисертације је оптимизација система за коришћење отпадне топлоте на основу анализе карактера струјања ваздуха у производној хали у којој је смештена машина за производњу амбалажног папира. Основна полазна хипотеза у дисертацији је да се свеобухватном анализом процеса производње папира може добити далеко ефикаснији систем за коришћење отпадне топлоте а тиме значајно смањити трошкови за енергију. Истраживање је обухватило методе попут мерења процесних параметара на сушној секцији картон машине и мерења параметара ваздуха у производној хали за два карактеристична радна режима у реалним условима у Фабрици картона Умка а.д.. На основу резултата мерења израђен је материјални и топлотни биланс картон машине и биланс влажног ваздуха у производној хали. Резултати биланса су послужили за одређивање количине и карактеристика отпадне топлоте која се ослободи у атмосферу током производног процеса. Поред тога, у дисертацији је аналитичким методама анализиран механизам преношења топлоте са појединих делова картон машине на околни ваздух и одређен је карактер конвективних стујања ваздуха у производној хали применом методе виртуелног линијског извора топлоте. Резултати су пружили добру квалитативно-квантитативну слику о карактеру струјања ваздуха у хали и омогућили увид у техничке проблеме који се јављају током производног процеса као што су ексфилтрација ваздуха из појединих делова картон машине у производну халу и неодговарајуће одржавање и регулисање капацитета вентилационих система у производној хали. Значајан циљ дисертације је развој нумеричког модела којим је симулирано струјање ваздуха у производној хали. Резултати симулације су омогућили одређивање температурског, брзинског и поља апсолутне влажности ваздуха у производној хали на основу чега су дефинисане оптималне локације за одсисавање ваздуха који се одводи ка систему за коришћење отпадне топлоте. У циљу валидације нумеричког модела резултати добијени симулацијама су упоређени са одговарајућим експерименталним резултатима. Постигнуто је релативно добро слагање резултата с обзиром на габарите хале, комплексност струјне слике и велики број утицајних фактора...

The main goal of the dissertation is optimization of waste heat recovery system based on the analysis of air flow patterns within the production hall in which a packaging grade paper machine is accommodated. The basic starting hypothesis in the dissertation is that a comprehensive analysis of the paper production process can yield more efficient waste heat recovery system and thus significantly reduce energy costs. The research included methods such as field measurement of process parameters in the dryer section of the cardboard machine and measurement of air flow parameters in the production hall for two typical operating modes under real conditions in the Cardboard factory Umka Ltd. Based on the results of measurements material and heat balances of the cardboard machine and moist air in the production hall were calculated. The results of balances were used to determine the amount and characteristics of waste heat which is released to the atmosphere from the production process. In addition, analytical methods were used to analyze the heat transfer from some parts of the cardboard machine to the surrounding air while the buoyancy driven air flows within the hall were determined using the virtual line heat source method. The results provided a good qualitative and quantitative picture of the nature of air flow patterns in the hall and enabled insight into the technical issues that may arise in the production process such as exfiltration of air from some parts of the cardboard machine into the production hall and inadequate maintenance and control of ventilation systems in the production hall. An important aim of the dissertation is the development of a numerical model for the simulation of air flow patterns in the production hall. The results of simulation, which have provided the temperature, velocity and humidity fields in the production hall, were used to define the optimum locations of exhaust openings connected to the waste heat recovery system. In order to validate the numerical model the results of simulations were compared with the corresponding experimental results. A relatively good agreement between the results is achieved with respect to the hall dimensions, the complexity of air flow patterns and the large number of influencing factors...