Vybrané příklady rozdílných inženýrských přístupů pro efektivní optimalizaci průmyslových zařízení na výměnu tepla

Selected examples of different engineering approaches for effective optimization of industrial heat transfer equipment

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

Contribution presents several selected examples of different engineering approaches used for effective optimization of industrial heat transfer equipment. Maple software is used as mathematical tool for solution of presented examples. First example is optimisation of plate-type heat exchanger for "gas-gas" application from optimum total costs (including operating, investment and maintenance cost) solved by NLP methods. Another example is devoted to solution of shell-and-tube heat exchanger. Optimum design of this equipment from minimization fouling point of view is solved. For solution is used graphical "direct sizing" method completed with fouling predictive method. This combination gives robust tool for quick and right identification of best equipment design option from minimum fouling point of view. Other two presented examples are devoted to combustion heat transfer equipment such as combustion chamber or process tubular furnaces. One example is devoted to optimum design of tubular coil placed in combustion chamber for achieving minimum total cost (including operating, investment and maintenance cost) of whole equipment (i.e. combustion chamber, burners, tube coil and stack). Another example solve optimum arrangement of process tubular furnace (i.e. arrangement of combustion chamber with tube coils and burners followed by convective sections containing other tube banks and followed by a stack) again from minimum total cost point of view.

Příspěvek prezentuje několik vybraných příkladů rozdílných inženýrských přístupů použitých k optimalizaci průmyslových zařízení na výměnu tepla. Maple software je použito jako matematický nástroj pro řešení prezentovaných příkladů. První příklad je optimalizace deskového výměníku tepla pro aplikaci "plyn-plyn" z hlediska optimálních celkových nákladů (zahrnujících náklady provozní, investiční a náklady na údržbu) řešená pomocí metod NLP. Další příklad je zaměřen na řešení trubkového výměníku tepla se segmentovým přepážkovým systémem. Optimální provedení tohoto zařízení je hledáno z hlediska minimalizace procesu zanášení teplosměnné plochy pracovními látkami. Pro řešení je použita grafická metoda "direct sizing" doplněná metodou pro predikci zanášení. Kombinace těchto dvou metod poskytuje robustní nástroj pro rychlou a správnou identifikaci nejvhodnějšího provedení zařízení z hlediska minimalizace jeho zanášení. Ostatní dva příklady jsou zaměřeny na problematiku spalovacích zařízení na výměnu tepla, zejména řešení spalovací komory a ohřevné procesní trubkové pece. Jeden příklad je věnován optimálnímu provedení trubkového hadu umístěného ve spalovací komoře z hlediska minimálních celkových nákladů (zahrnujících náklady provozní, investiční a náklady na údržbu) celého zařízení (t.j. spalovací komory, hořáků, trubkového hadyu a komínu). Druhý příklad řeší optimální uspořádání procesní trubkové pece (t.j. uspořádání spalovací komory s trubkovými hady a hořáky následované konvekční sekcí pece s dalšími trubkovými svazky a provedení komínu) opět z hlediska minimálních celkových nákladů.

Contribution presents several selected examples of different engineering approaches used for effective optimization of industrial heat transfer equipment. Maple software is used as mathematical tool for solution of presented examples. First example is optimisation of plate-type heat exchanger for "gas-gas" application from optimum total costs (including operating, investment and maintenance cost) solved by NLP methods. Another example is devoted to solution of shell-and-tube heat exchanger. Optimum design of this equipment from minimization fouling point of view is solved. For solution is used graphical "direct sizing" method completed with fouling predictive method. This combination gives robust tool for quick and right identification of best equipment design option from minimum fouling point of view. Other two presented examples are devoted to combustion heat transfer equipment such as combustion chamber or process tubular furnaces. One example is devoted to optimum design of tubular coil placed in combustion chamber for achieving minimum total cost (including operating, investment and maintenance cost) of whole equipment (i.e. combustion chamber, burners, tube coil and stack). Another example solve optimum arrangement of process tubular furnace (i.e. arrangement of combustion chamber with tube coils and burners followed by convective sections containing other tube banks and followed by a stack) again from minimum total cost point of view.

optimalizace, výměník tepla, zanášení, spalovací komora, procesní trubková pec

optimisation, heat exchanger, fouling, combustion chamber, process tubular furnace

2007

03.09.2007

VUT FSI Brno

Brno

978-80-214-3474-5

Proceedings of STOchastic Programming and OPTImization: Modeling and Applications conference STOPTIMA 2007

1

1–5

100