Effects of Fin Parameters on Gas-Side Heat Transfer Performance of H-Type Finned Tube Bundle in a Waste Heat Recovery Boiler

Alfa Laval Aalborg Oy designs and manufactures waste heat recovery systems utilizing extended surfaces. The waste heat recovery boiler considered in this thesis is a water-tube boiler where exhaust gas is used as the convective heat transfer medium and water or steam flowing inside the tubes is subject to cross-flow. This thesis aims to contribute to the design of waste heat recovery boiler unit by developing a numerical model of the H-type finned tube bundle currently used by Alfa Laval Aalborg Oy to evaluate the gas-side heat transfer performance. The main objective is to identify weaknesses and potential areas of development in the current H-type finned tube design. In addition, numerical simulations for a total of 15 cases with varying geometric parameters are conducted to investigate the heat transfer and pressure drop performance dependent on H-type fin geometry. The investigated geometric parameters include fin width and height, fin spacing, and fin thickness. Comparison between single and double tube type configuration is also conducted. Based on the simulation results, the local heat transfer and flow behaviour of the H-type finned tube is presented including boundary layer development between the fins, the formation of recirculation zone behind the tubes, and the local variations of flow velocity and temperature within the tube bundle and on the fin surface. Moreover, an evaluation of the effects of various fin parameters on heat transfer and pressure drop performance of H-type finned tube bundle has been provided. It was concluded that from the studied parameters fin spacing and fin width had the most significant effect on tube bundle performance and the effect of fin thickness was the least important. Furthermore, the results suggested that the heat transfer performance would increase due to enhanced turbulence if the current double tube configuration is replaced with single tube configuration, but further investigation and experimental measurements are required in order to validate the results.

Telahiomon tuotannon läpimenoajan ja laadun optimointi

Tämän diplomityön tarkoituksena on tunnistaa UPM Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikaan sekä laatuun vaikuttavia tekijöitä ja löytää keinot niiden optimoimiseksi, jotta hiontatuotannon kustannustehokkuus parantuisi. Tutkimusmenetelminä työssä käytetään Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikojen telakohtaista mittaamista ja hionnasta tehtyjen mittausraporttien, pinnoituksista ja hionnoista tehtyjen ostotilauksien sekä SAP R/3-toiminnanohjausjärjestelmästä saatavan kunnossapitodatan tutkintaa. Tiedon lähteenä on käytetty myös kirjallisuutta ja UPM henkilöstön sekä toimittajien haastatteluita. Muiden telahiomojen aikaansaamaan laatuun ja tuotannon läpimenoaikaan verrattuna Kymin telahiomon keskimääräiset hiontatuotannon läpimenoajat ovat telasta riippuen kaksinkertaisia tai jopa lähes nelinkertaisia, vaikka pinnankarheus jää osassa teloista alle asetetun tavoitteen. Telahiomojen muototoleransseissa ei ole niin merkittäviä eroja, mitkä selittäisivät Kymin pidemmät hiontatuotannon läpimenoajat. Tämän takia muototoleransseja ei ole päädytty muuttamaan työn aikana, mutta käyttökokemusten mukaan pinnankarheusvaatimusta voidaan laskea. Telahiontaprosessin muotohiontavaihe on suurin hiontatuotannon läpimenoaikaan ja kustannuksiin vaikuttava tekijä. Hiontamenetelmien ja hionta-arvojen optimoimisella, hiontatyökalujen lastuamiskyvyn ylläpitämisellä, telahiontatuotannon yliprosessoinnin ehkäisyllä ja laatutoleransseihin tyytymisellä voidaan lyhentää kymmeniä tunteja telahiomon tuotannon läpimenoaikaa. Mittausraporttien mukaan merkittävin muutos telahiontaprosessin kustannuksiin ja hiontatuotannon läpimenoaikaan saadaan noudattamalla laatutoleransseja. Telojen kunnossapitoon liittyviä kustannuksia syntyy turhaan lisää, kun vaihdetaan ja hiotaan käyttökelpoisia teloja sekä uudelleen pinnoitetaan teloja, joiden pinnoitepaksuus on vielä riittävä. Pinnoitepaksuuden seurannalla voidaan minimoida telojen ennenaikaiset uudelleenpinnoitukset. Mittalaitteiden avulla pystyy optimoimaan telojen hiontavälit. Hiontavälien optimointi lyhentää myös hiontajonoa. Tällöin voidaan hyödyntää suunnitellun hiontajärjestyksen tuomia etuja tehokkaammin ja saavuttaa nopeampia tuotannon läpimenoaikoja.