Напрями підвищення енергозбереження та екологічної ситуації у переробній і харчовій промисловості України є актуальними, оскільки технології й обладнання за характером та ступенем для ефективного використання паливних ресурсів практично досяжні для їх удосконалення, особливо сьогодні. Мета дослідження – удосконалення методики оптимізації режиму повторного використання теплового потенціалу відпрацьованих технологічних газів при реалізації двоетапного процесу їх охолодження. Використано показники викидів технологічного газу за розходу об’єму – 0,54 м3 /с й температурі – 1600°С із параметрами роботи печі А2-ШБГ у побудові локальних температурних характеристик. Їх побудову проведено на основі теплового балансу й теплопередач при малих інтервалах поверхні з врахуванням параметрів течій теплоносія. Аналіз результатів виконано програмним комплексом Flow Vision при будові графіку, згідно законів термодинаміки. Запропоновано методику розрахунку кількості холодного теплового агенту для повторного використання у технологічному процесі. Встановлено, що за прийнятих умов теплообміну, необхідну кількість атмосферного повітря з початковою температурою -300С можна нагріти до температури +640°С, а з початковою температурою +300°С, можна нагріти до +1450°С. Розхід природного газу зміниться від 20 м3 /год, без попереднього підігріву атмосферного повітря, до 12,7 м3 /год за підігріву атмосферного повітря у теплообміннику при початковій температурі +300°С. Передбачено, що під час розрахунків економії енергетичного ресурсу, необхідно враховувати початкову температуру холодного теплового агенту при використання тепла відпрацьованих технологічних газів. Запропонована методика розрахунку оптимального режиму рекуперації тепла дозволяє розрахувати зміни розходу первинного паливно-енергетичного ресурсу, створити базу даних для ефективного впровадження енергозберігаючих технологій при повторному використанні тепла відпрацьованих технологічних газів у виробництво
енергозбереження; теплообмінник; тепловий насос; первинний паливноенергетичний ресурс; харчова індустрія
[1] Ahmad, F., Reddy, R., & Budhha, T.K. (2022). Enhancement of heat transfer effectiveness of tabular air to air heat exchanger used in gas turbine engine – A CFD analysis of the problem. AIP Conference Proceedings, article number 2516. doi: 10.1063/5.0108624.
[2] ANSI/AHRI Standard 1060-2005. (2005). Performance of air-to-air heat exchangers for energy recovery ventilation equipment. Retrieved from https://global.ihs.com/doc_detail. cfm?document_name=AHRI%201060&item_s_key=00011179.
[3] ASHRAE Standard “Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings”. (2019). Retrieved from https://www.academia.edu/43828601/Ventilation_and_ Acceptable_Indoor_Air_Quality_in_Residential_Buildings/.
[4] Bulejko, P., Bartuli, E., Kůdelová, T., & Vančura, J. (2022). Temperature-dependent burst failure of polymer hollow fibers used in heat exchangers. Engineering Failure Analysis, 131, article number 105895.
[5] Chakravarty, K., & Kumar, S. (2020). Increase in energy efficiency of a steel billet reheating furnace by heat balance study and process improvement. Energy Reports, 6, 343-349. doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e06184.
[6] Derkach, A., Balaban, S., Kaspruk, V. & Stadnyk, I. (2022). Assessment of economic expediency of heat utilization technology use at food industry enterprises. Galician Economic Journal, 77(4), 7-12.
[7] Duda, M, & Balaban, S. (2021). Peculiarities of the use of heat utilization on energy-consuming equipment of enterprises of primary processing of agricultural products. Retrieved from https:// elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/35923/2/MNTK_2021_Balaban_S_M-Pecularities_of_heat_ utilization_45.pdf.
[8] Galish, V.V., Radovenchyk, V.M., Radovenchyk, Ya.V., & Gomel, M.D. (2021). Waste utilization and recovery: processing of pulp and paper waste: training. manual for students. Kyiv: KPI named after Igor Sikorsky.
[9] Gaponyuk, I.I. (2017). Technical and economic aspects of waste gas heat recovery. Food Industry, 20, 175-181.
[10] Gendebien, S., Martens, J., Prieels, L., & Lemort, V. (2018). Designing an air-to-air heat exchanger dedicated to single room ventilation with heat recovery. Building Simulation, 11, 103-113.
[11] Hatou, K., Tchuen, G., & Woafo, P. (2021). Modeling, simulation and optimization of solid fuel bread ovens commonly used in developing countries. Heliyon, 7(2), article number e06184. doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e06184.
[12] Helmuth, H. (2018). Heat transfer with counter current, direct current and cross current. moscow: Energoizdat. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117980.
[13] Inayat, A. (2023). Current progress of process integration for waste heat recovery in steel and iron industries. Fuel Volume, 338(15), article number 127237. doi: 10.1016/j.fuel.2022.127237.
[14] Jafarizave, M., Khaleghi, A., & Rezakazemi, M. (2019). Development of CFD model for embrane-based energy recovery ventilators. Chemical Engineering Research and Design, 145, 226-234. doi: 10.1016/j.cherd.2019.03.019.
[15] Javanjal J.K, & M. Parande (2019). Experimental studies on heat transfer using plate heat exchanger. Journal of Chemical, Biological and Physical Sciences, 3(4), 2806-2817.
[16] Jiménez-Arreola, M., Pili, R., Wieland, C., & Romagnoli, A. (2019). Analysis and comparison of dynamic behavior of heat exchangers for direct evaporation in ORC waste heat recovery applications from fluctuating sources. Applied Energy, 216(15), 724-740. doi: 10.1016/j. apenergy.2018.01.085.
[17] Jiménez-Arreola, M., Wieland, C., & Romagnoli, A. (2023) Experimental investigation on the dynamics of an Organic Rankine Cycle evaporator with large-mass fins for the purpose of reducing heat input fluctuations. Applied Thermal Engineering, 224, article number 119995. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.119995.
[18] Jouhara, H., Khordehgah, N., Almahmoud, S., Delpech, B., Chauhan, A., Tassou, S. (2018) Waste heat recovery technologies and applications. Thermal Science and Engineering Progress, 6, 268-289. doi: 10.1016/j.tsep.2018.04.017.
[19] Khalid, K., Leong, TJ., & Mohamed, K. (2016). Review on thermionic energy converters. IEEE Transactions on Electron Devices, 63(6), 2231-2241.
[20] Kim, S. (2019). A novel design method of the dividing header configuration using 3D numerical simulation for a heat exchanger with a parallel arrangement. Applied Thermal Engineering, 159, article number 113807. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2019.113807.
[21] Lim, H., Kim, Ch., Cho, Ye., & Kim, M.(2021). Energy saving potentials from the application of heat pipes on geothermal heat pump system. Applied Thermal Engineering, 126 (5), 1191-1198.
[22] Manente, G., Ding, Y., & Sciacovelli, A. (2021) Organic Rankine cycles combined with thermochemical sorption heat transformers to enhance the power output from waste heat. Applied Energy, 304, article number 117980. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117980.
[23] Miwa, Sh., Hibiki, T., & Katono, K. (2022). The effect of internal leakage of air streams on effectiveness of the fixed-bed regenerator for fast switching cycle of its operation: mathematical model and numerical simulations. International Journal of Heat and Mass Transfer, 191(1), article number 122860. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122860.
[24] Mogharrab, AJ., Seyedmehdi Sh., Asasian-Kolur, N., Ghadimi, A., Haddadi, B., & Harasek, M. (2022) Air-to-Air Heat and Moisture Recovery in a Plate-Frame Exchanger Using Composite and Asymmetric Membranes. Membranes, 12(5), article number 484. doi: 10.3390/ membranes12050484.
[25] Order of the Cabinet Ministers of Ukraine No. 605. “Energy strategy of Ukraine for the period until 2035 “Safety, energy efficiency, competitiveness”. (2017, August). No. 605. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/605-2017-%D1%80#Text.
[26] Pili, R. García Martínez, L., Wieland, C. (2020). Techno-economic potential of waste heat recovery from German energy-intensive industry with Organic Rankine Cycle technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 134, 110-324. doi: 10.1016/j.rser.2020.110324.
[27] Shpychak, O., & Bodnar, O. (2019). Theoretical basis of bioenergy in context of the energy conservation law. Ekonomika APK, 26(8). doi: 10.32317/2221-1055.201908006.
[28] Stadnyk, I.Ya., Balaban, S.M., Kaspruk, V.B., & Derkach, A.V. (2021). Rationale for choosing a heat recovery scheme for waste process gases at enterprises. In Environmental security of the state: abstracts of reports of the Second All-Ukrainian Round Table (pp.120-123). Kyiv: ITTA.
[29] Tchuen, G, Woafo, P. & Woafo, P. (2021). Corrigendum to “Modeling, simulation and optimization of solid fuel bread ovens commonly used in developing countries”. Heliyon, 7(2), article number e06184.
[30] Wang, J.F., Brown, C., Cleland, D.J. (2020). Heat pump heat recovery options for food industry dryers. Options de récupération de chaleur par pompe à chaleur pour les séchoirs pour l’industrie alimentaire. International Journal of Refrigeration, 86, 48-55.
[31] Wieland, C., Schifflechner, C., Dawo, F., & Astolfi, M. (2023). The organic Rankine cycle power systems market: Recent developments and future perspectives. Applied Thermal Engineering, 224, article number 119980. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.119980.
[32] Yevtushenko, O.V. (2019) Study of a heat exchanger with a given law of distribution of heat transfer coefficients along the heat exchange surface. Prom Thermal Engineering, 38(3), 27-33. [33] Zamboni, G., Moggia, S., & Capobianco, M. (2017). Effects of a Dual-Loop Exhaust Gas Recirculation System and Variable Nozzle Turbine Control on the Operating Parameters of an Automotive Diesel Engine. Energies, 10(1), article number 47. doi: 10.3390/en10010047.
[33] Zamboni, G., Moggia, S., & Capobianco, M. (2017). Effects of a Dual-Loop Exhaust Gas Recirculation System and Variable Nozzle Turbine Control on the Operating Parameters of an Automotive Diesel Engine. Energies, 10(1), article number 47. doi: 10.3390/en10010047.