The effect of water spraying on the heat recovery system of combustion gas

Abstract

Tämä diplomityö liittyy kattilahuoneeseen sijoitettavan lämpöpumppusovelluksen kehittämiseen. Tavoitteena oli tehdä laitteesta yksinkertaisempi ja siten toimintavarmempi. Lisäksi haluttiin testata eri komponenttien suorituskykyä muuttuvissa olosuhteissa.

Työssä tutkittiin kostutuksen vaikutusta savukaasun ominaisuuksiin suihkuttamalla savukaasuun vettä yksinkertaisesta reikäsuuttimesta. Samalla verrattiin kahden lämmönsiirtimen, lamellipatterin ja ripaputkisiirtimen toimintaa sekä kostutettuna että ilman kostutusta. Savukaasun lämpötilan ja kosteuden muutoksesta suihkun sisällä rakennettiin teoreettinen malli. Vastaava malli luotiin myös lämmönsiirtimien ominaisuuksien ja pisaroiden keskimääräisen nopeuden laskemiseksi. Tarkoitus oli selvittää, millä tavoin savukaasu voidaan jäähdyttää haluttuun lämpötilaan sekä vertailla mitattuja ja teoreettisia tuloksia.

Mittauksia varten rakennettiin erityinen kostutuskammio. Savukaasun tila määritettiin sekä ennen kammiota että kammion jälkeen. Vastaava laitteisto rakennettiin lämmönsiirtimien suorituskyvyn mittaamiseksi. Suuttimen aikaansaaman pisaravirran nopeus ja keskimääräiset halkaisijat mitattiin erikseen.

Mittaustulosten mukaan savukaasun jäähdyttäminen kostuttamalla onnistui melko pienessä tilassa edellyttäen, että suihkun pisarakoko oli tarpeeksi pieni. Savukaasun kostuttaminen heikensi molempien siirtimien lämmönsiirtotehoa 10-50 % siirtimen pintalämpötilasta riippuen. Ripaputkisiirtimen lämmönsiirtoteho oli hieman lamellipatterin tehoa suurempi. Tulosten avulla laskettiin lämmönsiirtimien ripahyötysuhteet. Kaikista mittauksista muodostettiin energiataseet. Taseiden virheet olivat alle ± 10 %.

Savukaasun kostutuksessa mitattujen tulosten ero mallin avulla laskettuihin tuloksiin oli suurimmillaan 25 %. Olosuhteet huomioon ottaen todettiin, että kostutuksen teoreettinen malli kuvasi todellisuutta riittävän hyvin. Lämmönsiirtimien mittaus- ja teoriatulosten perusteella lauhtumisen ripahyötysuhde oli vain kymmenesosa kuivan Iämmönsiirron ripahyötysuhteesta.