RECOVERY OF INDUSTRIAL ANNEALING FURNACE WASTE HEAT USING COMBINED SYSTEMS AND THERMOECONOMIC ANALYSIS

Abstract

ABSTRACT

Increasing energy demand and cost, decreasing energy resources and environmental factors require efficient use of energy. In this context, it is aimed to recover the waste heat of industrial annealing furnace with various energy conversion methods in this study. In the study, the flue gas of the annealing furnace at 1093.15 K was evaluated with four different combined systems. These combinations have been studied parametrically. Thermodynamics and thermoeconomic analysis were performed for each combined system using the Engineering Equation Solver (EES). And the using waste heat recovery systems (WHRS) examined the environmental effect. All combined systems are compared with each other in terms of thermal efficiency, net power output and electricity generation cost. As a result of the parametric study, the lowest electricity production cost, net power output and thermal efficiency 0.01153 $/kWh, 1274 k W and 0.36 from SRC-CO2 combined system, respectively. The net power from highest to lowest are 1274 kW (SRC-CO2), 1010 kW (SRC-ORC-KC), 935.6 kW (KC-CO2) and 766.2 kW (SRC-ORC-KC) when the powers from the combined cycles are compared with each other. The electricity generation cost from lowest to highest are 0.01153 $/kWh (SRC-CO2), 0.01534 $/kWh (ORC-CO2), 0.01706 $/kWh (SRC-ORC-KC) and 0.08427 $/kWh (KC-CO2) when the electricity generation cost from the combined system are compared with each other. The thermal efficiency from highest to lowest are 0.44 (SRC-ORC-KC), 0.36 (SRC-CO2) 0.26 (KC-CO2) and 0.21 (SRC-ORC-KC) when the thermal efficiency from the combined cycles are compared each other.

ÖZET

Artan enerji talebi ve maliyeti, azalan enerji kaynakları ve çevresel faktörler, enerjinin verimli kullanılmasını gerektirmektedir. Bu kapsamda bu çalışmada endüstriyel tavlama fırınının atık ısısının çeşitli enerji dönüşüm yöntemleri ile geri kazanılması amaçlanmaktadır. Çalışmada 1093,15 K sıcaklıktaki tavlama fırınının baca gazı, dört farklı kombine sistem ile değerlendirilmiştir. Bu kombine çevrimler parametrik olarak incelenmiştir. Mühendislik Denklem Çözücü (EES) kullanılarak her bir kombine sistem için termodinamik ve termoekonomik analizler yapılmıştır. Atık ısı geri kazanım sistemlerinin kullanılması ve çevreye etkisi incelenmiştir. Tüm kombine sistemler, termal verimlilik, net güç çıkışı ve elektrik üretim maliyeti açısından birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Parametrik çalışma sonucunda en düşük elektrik üretim maliyeti, net güç çıkışı ve termal verim 0,01153 $/kWh, 1274 kW ve 0,36 SRC-CO2 kombine sisteminden elde edilmiştir. Kombine çevrimlerden elde edilen güçler birbirleriyle karşılaştırıldığında en yüksek değerden en düşük değere net güç 1274 kW (SRC-CO2), 1010 kW (SRC-ORC-KC), 935,6 kW (KC-CO2) ve 766,2 kW (ORC- CO2)'tir. Kombine çevrimlerden elde edilen elektrik üretim maliyetleri birbirleriyle karşılaştırıldığında en düşük değerden en yüksek değere 0,01153 $/kWh (SRC-CO2), 0,01534 $/kWh (ORC-CO2), 0,01706 $/kWh (SRC-ORC-KC) ve 0,08427 $/kWh (KC-CO2)tir. Kombine çevrimlerin ısıl verimleri karşılaştırıldığında en yüksek değerden en düşük değere doğru ısıl verim 0,44 (SRC-CO2), 0,36 (SRC-ORC-KC), 0,26 (KC-CO2) ve 0,21 (ORC-CO2)'dir.