Warmtewisselaar voor uitlaatgassen van verbrandingsmotoren ten behoeve van warmtekrachtkoppelingVoor biogasinstallaties met een generatorvermogen tot 50 kW ontwikkelde INNOV een warmtewisselaar om water te verwarmen door het afkoelen van uitlaatgas. Het water kan worden gebruikt voor het opwarmen van de biomassa of voor een verwarmingsinstallatie. De wisselaar is zogenaamd "3-treks" en werkt in tegenstroom. Het waterzijdig rendement bedraagt nominaal 20 kW. TakenProjectmanagement, volledig ontwerp, afsluitende test om te controleren of aan de specificaties is voldaan.Analyse van het bestaande probleemDe tot dan toegepaste wisselaars waren opgebouwd met geprofileerde aluminium buizen waardoor het water stroomde (als bij veel CV-ketels). De buizen werden aan de gaszijde overmatig aangetast door afzetting van deeltjes en zwavelzuur. Door de profilering was onderhoud nagenoeg onmogelijk.Oplossing in concept
De wisselaar zou gaszijdig glad en recht moeten worden uitgevoerd waardoor vaste deeltjes minder hechten en eventueel onderhoud makkelijk gepleegd kan worden. Nadeel daarvan is een geringere warmteoverdracht, maar een eerste inschatting gaf aan dat binnen de gestelde afmetingen toch voldoende energie overgedragen zou kunnen worden. Het materiaal zou bestand moeten zijn tegen een lage concentratie zwavelzuur. Gedacht werd aan meerdere relatief dunne buizen van RVS AISI 316Ti met inwendig de gasstroom en uitwendig de waterstroom. Een eerste grove prijsinschatting werd gemaakt, waarop de beslissing "go" genomen kon worden.
Berekeningen en ontwerpAan de hand van de uitlaatgasanalyse (hoofdbestanddelen, volumestroom en temperatuur) kon de maximaal toelaatbare delta T (niet condenserend) en het vermogen bepaald worden. Omdat de gasstroomsnelheid liefst in het gehele systeem constant moest zijn (vanwege zo gering mogelijke afzetting) lag het doorlatend oppervlak vast, afhankelijk van het temperatuur- en drukverloop. Al rekenend werd gekozen voor een 3-trekssysteem waarbij 1 trek bestaat uit meerdere buizen. Alle buizen bevinden zich in een kokervormige behuizing waarin het water in tegengestelde richting stroomt. Op de einden van de koker worden deksels gemonteerd met daarin de keergeleidingen voor het uitlaatgas. Onderhoud is daardoor zeer eenvoudig uit te voeren.FabricageDe productie werd uitbesteed aan een RVS lasbedrijf.Afsluitende testBij metingen aan de wisselaar in bedrijf bleek dat het vermogen ruim gehaald werd met condensvorming in de wisselaar. Condensafzetting vond niet meer plaats bij een ingaande watertemperatuur van 35 graden Celcius. Bij een watertemperatuur van 70 graden in en 90 uit was het vermogen 21 kilowatt. Een volgend ontwerp zou wellicht condenserend gemaakt kunnen worden om het rendement nog wat te vergroten.
|
