FEED WATER HEATER FOR INCREASING BOILER EFFICIENCY CASE STUDY AT PELW ATTE SUGAR INDUSTRY A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science By JAYAWARDANA MUDIYANSELAGE SAMANKUMARA Supervised by: Eng. W. D. A. S. Wijayapala. Department of Electrical Engineering University of Moratuwa Sri Lanka 2010 94551 Abstract Sugar cane is grown in rural areas in Sri Lanka, and the residue of sugar cane production called bagasse, can be a cheap source of primary boiler fuel, when processing sugar cane. For each 100 tones of sugar cane harvested and milled, 9-10 tones of sugar is produced together with 29-33 tones of solid waste in the form of crushed cane, or bagasse. Typically, the mill uses about 53% of bagasse in a low efficiency steam cycle to produce the electricity and steam which needs for own use. Surplus bagasse is sometimes used for paper making or cattle feed but in Sri Lanka neither of these applications are effectively used. Bagasse is a major bio-mass fuel, which can be used to produce significant quantity of surplus electricity. Progressive sugar cane companies are beginning to see the advantages of creating a substantial additional cash flow by setting up cogeneration power plants fuelled by bagasse. Using proven technology a 5000 tones/day cane mill can use its own bagasse to supply the mill with steam and power and export approximately 22 MW of electricity. Some large sugar cane mills currently have co-generation power plants that export over 25 MW. In Pelwatte sugar industry, there is 3MW electricity generation and 90T/h steam generation to meet its total demand. Modern conversion systems also ensure lower air emissions meeting latest environmental standards. Because of the harvesting of sugar cane is seasonal, maximum utilization of the co- generation plants is only achieved, if bagasse is stored for use in the off season or other biomass or fossil fuels are employed. Therefore, optimum usage of bagasse is important for minimizing fossil fuel usage. In Sri Lanka, price of fossil fuel is increasing rapidly. If the sugar factory consumes fossil fuels, then those factories are directly affected by the price changes of fossil fuels. For the existence of Sri Lankan sugar industry, and to compete with other sugar industries all over the world, optimum usage of bio-mass usage, such as bagasse is very important. For the optimum usage of bagasse consumption, various methods can be used. But the sugar factories, which are already installed, have been equipped with some of these methods. Later modification for optimization and saving of bagasse directly affects the whole system. To optimize bagasse usage, and to minimize fossil fuel usage, it was decided to increase existing boiler efficiency by introducing a feed water heater. But for that, extensive studies were conducted. By this modification it was revealed that an increase of 3% in boiler efficiency could be achieved thereby a saving of 54.2 million LKR could be gained annually. In addition, an obvious reduction of fossil fuel usage and reduction of emissions are the other achievements. Outcomes of this project are significant and it is bound to benefit sugar industry in Sri Lanka. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n . e x c e p t w h e r e o t h e n v i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e . a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . \ /~:/ J . M . S a m a n k u m a r a D a t e 0 5 / 0 2 / 2 0 1 0 I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . I \ . . \ 0 \ - - C \ • v j .._.~ ' \ . . . . . . . . . . . . . ~ . . . . ~ . . - . . . . . . . . . . . E n g . W . D . A . S . W i j a y a p a l a S e n i o r L e c t u r e r . D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g . l ' n i v c r s i t y o f M o r a t u w a . ~ C O N T E N T S P a g e D e c l a r a t i o n A b s t r a c t I V A c k n o w l e d g e m e n t v L i s t o f F i g u r e s V I L i s t o f T a b l e s V I I L i s t o f P r i n c i p a l S y m b o l s V I I I L i s t o f a b b r e v i a t i o n s I X 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d 1 . 2 M o t i v a t i o n " . ) 1 . 3 P r o c e s s D e s c r i p t i o n 3 1 . 4 L i t e r a t u r e r e v i e w 3 1 . 5 G o a l s 4 2 . P r o b l e m S t a t e m e n t 6 3 . B o i l e r s 7 3 . 1 B o i l e r t y p e s 7 3 . 2 B o i l e r e f f i c i e n c y 8 . . " . ) . . ) M e t h o d s o f i n c r e a s i n g b o i l e r e f f i c i e n c y 8 3 . 4 B o i l e r o p e r a t i n g p r o c e d u r e s 9 3 . 5 E m i s s i o n s 1 0 3 . 6 C o n t r o l o f e m i s s i o n s I I 4 . T h e o r e t i c a l D e v e l o p m e n t 1 4 4 . 1 D a t a a n a l y s i s 1 4 4 . 2 A n a l y s i s o f s e l e c t e d f u e l s 1 6 4 . 3 O v e r v i e w o f e x i s t i n g B o i l e r 1 7 4 . 4 S t e a m f l o w D i a g r a m 2 0 4 . 5 S t a n d a r d s 1 9 5 . P r o p o s e d S o l u t i o n 2 0 5 . 1 D e s i g n i n g o f F e e d w a t e r h e a t e r 2 0 5 . 2 P r o p o s e d f e e d w a t e r h e a t e r d i a g r a m 2 1 I I 5 . 3 L o c a t i o n o f t h e F e e d W a t e r H e a t e r 5 . 4 M a t e r i a l s 5 . 5 D i a m e t e r o f t h e t u b e s 5 . 6 C a l c u l a t i o n o f h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t s 5 . 7 C a l c u l a t i o n o f n u m b e r o f t u b e s r e q u i r e d f o r t h e f e e d w a t e r h e a t e r 5 . 8 C o n d i t i o n s o f t c e d w a t e r a t t e r h e a t i n g 5 . 9 D i m e n s i o n o f t h e H e a t e r 5 . l 0 C a l c u l a t i o n o f s i d e p l a t e · s t h i c k n e s s 5 . 1 1 D i a m e t e r o f B o l t s 5 . 1 2 D e f l e c t i o n o f t h e t u b e s 5 . 1 3 W e i g h t o f t h e h e a t e r 5 . 1 4 D e s i g n o f m o u n t i n g p l a t e s " 6 . R e s u l t s a n d A n a l y s i s . . , I . 6 . 1 W a t e r h e a t r e c o v e r y & B a g a s s e s a v i n g 6 . 2 C o m p a r i n g o f B a g a s s e p r i c e w i t h t h e p r i c e o f f u r n a c e o i l 6 . 3 C a l c u l a t i o n o f e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t 6 . 4 C a l c u l a t i o n o f m a t e r i a l c o s t & l a b o r c o s t f o r a s i n g l e u n i t 6 . 5 F a b r i c a t i o n 6 . 6 I n s t a l l a t i o n C o n c l u s i o n s 7 . 1 T i m e P l a n 7 . 2 R e f e r e n c e s 7 . 3 A p p e n d i x I l l 2 1 2 4 2 4 2 6 2 8 3 1 ~-., _)~ ~~ _ ) . ) 3 4 3 5 3 5 y , 3 7 3 7 3 8 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 3 4 5 A c k n o w l e d g e m e n t T h a n k s a r e d u e f i r s t t o m y s u p e r v i s o r , E n g . W . D . A . S . W i j a y a p a l a , S e n i o r L e c t u r e r . D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a . S r i L a n k a f o r h i s g r e a t i n s i g h t s , p e r s p e c t i v e s , g u i d a n c e a n d s e n s e o f h u m o r . M y s i n c e r e t h a n k s g o t o t h e o f f i c e r s i n P o s t G r a d u a t e O f f i c e . F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g . U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , f o r h e l p i n g i n v a r i o u s w a y s t o c l a r i f y t h e t h i n g s r e l a t e d t o m y a c a d e m i c w o r k s i n t i m e w i t h e x c e l l e n t c o o p e r a t i o n a n d g u i d a n c e . S i n c e r e g r a t i t u d e i s a l s o e x t e n d e d t o t h e p e o p l e w h o s e r v e i n t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f t i c e . " I g r a t e f u l l y t h a n k D r . K a r u n a d a s a , H e a d o f t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t . U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a f o r h i s e n c o u r a g e m e n t . i n s i g h t f u l c o m m e n t s . a n d h a r d q u e s t i o n s . I g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e M r . A r i y a s e e l a W i c r a m a n a y a k a , M a n a g i n g D i r e c t o r , M r . P r a s a d . G r o u p G e n e r a l M a n a g e r , a n d M r . A . P r i y a n t h a , O p e r a t i o n a l M a n a g e r , P e l w a t t e S u g a r C o m p a n y . S r i L a n k a f o r t h e i r a d v i c e , s u p e r v i s i o n , a n d c r u c i a l c o n t r i b u t i o n . w h i c h m a d e t h e m a h a c k b o n e o f t h i s p r o j e c t a n d s o t o t h i s t h e s i s . l . a s t l y . I s h o u l d t h a n k m a n y i n d i v i d u a l s . f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s w h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e p e r s o n a l l y i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n a l p r o c e s s a s u c c e s s . M a y b e I c o u l d n o t h a v e m a d e i t \ V i t h o u t y o u r s u p p o r t s . v L i s t o f F i g u r e s F i g u r e 3 . 1 B o i l e r d i a g r a m 4 . 1 r e e d i n g o f t h c B a g a s s e t o t h e B o i l e r 4 . 2 O v c r v i C \ \ o f t h c e x i t i n g b o i l e r 4 . 3 S i d e e l e v a t i o n o f t h c B o i l e r 4 . 4 r r o n t e l e v a t i o n o f t h c B o i l e r 4 . 5 S t e a m f l o w D i a g r a m 5 . I P r o p o s e d f e e d w a t e r h e a t e r d i a g r a m 5 . 2 L o c a t i o n o f t h c F e e d ~·ater ! ! c a t e r " ' 5 . 3 T h e e x i s t i n g a r r a n g e m e n t o f t h e f e e d \ \ a t e r t o t h e B o i l e r D r u m 5 . 4 P r o p o s e d l o c a t i o n o f t h e f e e d w a t e r h e a t e r 5 . 5 i \ i r p r e - h e a t e r t u b e s 5 . 6 H e a t e r t u b e s a r r a n g e m e n t ' - . 7 l l e a t e r t u b c s 5 . 8 T e m p e r a t u r e s a t t h e h e a t e r t u b e s 5 . 9 S t a t e s o f w a t e r w i t h t e m p e r a t u r e 5 . 1 0 S i d e p l a t e s V I P a g e 7 1 6 1 7 1 8 1 8 1 9 2 1 2 2 2 2 , . . , ~-' , . . , . c . J 2 6 2 8 2 9 3 1 . . , . . , _ ) _ ) L i s t o f T a b l e s T a b l e - 1 . 1 F u r n a c e O i l . D i e s e l & B a g a s s e C o n s u m p t i o n 4 . 2 F u r n a c e O i l . D i e s e l C o n s u m p t i o n w i t h t o t a l s u g a r c a n e 4 . 3 A n a l y s i s o f s e l e c t e d f u e l s 4 . 4 U l t i m a t e a n a l y s i s o f s e l e c t e d f u e l s 5 . I E n e r g y r e l e a s e a n d a b s o r p t i o n 5 . 2 S t e a m t a b l e 6 . 1 C a l c u l a t i o n o f m a t e r i a l c o s t 6 . 2 L a b o r c o s t f o r a s i n g l e u n i t V I I P a g e 1 4 1 5 1 6 1 7 3 0 " ' ' ' 1 _ ) L 3 9 4 0 L i s t o f p r i n c i p a l S y m b o l s u " _ V e l o c i t y o f v v a t e r u 1 V e l o c i t y o f f l u e g a s p - D e n s i t y k g / m 3 - I ~ength V - V e l o c i t y ~~ - D y n a m i c V i s c o s i t y R e - R e y n o l d s n u m b e r s N , - N u s s e l n u m b e r h 1 - S u r f a c e h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t [ ) - D i a m e t e r o C t h c t u b e I ' - H e a t t r a n s f e r c o n d u c t i v i t y c o e f f i c i e n t P , - P r a n d l e n u m b e r C 1 - C o r r e c t i o n f a c t o r m - M a s s f l o w r a t e c~ - S p e c i f i c h e a t c o e f f i c i e n t o - t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e r - E f f e c t i v e n e s s o r h e a t t r a n s f e r C - C o n s t a n t - M o m e n t o f i n e r t i a 1 \ 1 - B e n d i n g m o m e n t c ; - S t r e s s ( n o m i n a l ) ' ' - F o r c e p e r u n i t a r e a d - T h i c k n e s s o f t h e p l a t e P - F o r c e p e r u n i t a r e a F - Y o u n g m o d u l a s o f e l a s t i c i t y ~ - D e f l e c t i o n " ' V I I I L i s t o f A b b r e v i a t i o n s A S T M A S M E A \ V S c C O M c o c o : ' F D - A m e r i c a n S o c i e t y o f T e s t i n g a n d M a t e r i a l s C o n s t r u c t i o n - A m e r i c a n S o c i e t y f o r M e c h a n i c a l E n g i n e e r s - A m e r i c a n W e l d i n g S o c i e t y - C a r b o n - C l e a n D e v e l o p m e n t M e c h a n i s m - C a r b o n O x i d e - C a r b o n D i o x i d e - F o r c e d D r a f t j I I - 1 - 1 v d r o o e n • b I R R - I n t e r n a l R a t e o f R e t u r n I P C C - I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e U N F C C - U n i t e d N a t i o n s F r a m e w o r k C o n v e n t i o n o n C l i m a t e C h a n g e I D - I n d u c e d D r a f t N - N i t r o g e n N 0 2 - N i t r o g e n D i o x i d e P M - P a r t i c u l a t e M a t t e r S - S u l f u r S 0 2 - S u l f u r D i o x i d e T O C - T o t a l O r g a n i c C o m p o u n d s V O C - V o l a t i l e O r g a n i c C o m p o u n d s I X C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d A n n u a l s u g a r c o n s u m p t i o n i n S r i L a n k a i s a r o u n d 6 7 0 , 0 0 0 M T . P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s L i m i t e d a n d S e v a n a g a l a S u g a r I n d u s t r i e s L i m i t e d t o g e t h e r a r e p r o d u c i n g n e a r l y 6 6 , 0 0 0 M T a n n u a l l y . T h i s i s a b o v e 1 0 % o f t o t a l c o n s u m p t i o n . E a r l i e r H i n g u r a n a s u g a r f a c t o r y p r o d u c e d " a r o u n d 2 0 , 0 0 0 M T o f s u g a r a n n u a l l y . B u t t h i s s u g a r f a c t o r y w a s c l o s e d d o w n i n 1 9 9 3 a n d n o w i t i s g o i n g t o s t a r t i t ' s p r o d u c t i o n i n t h e y e a r o f 2 0 1 1 . A t p r e s e n t o n l y P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s a n d S e v a n a g a l a S u g a r I n d u s t r i e s a r e b e i n g o p e r a t e d . T h e s e f a c t o r i e s w e r e i n s t a l l e d i n 1 9 8 5 a n d 1 9 8 6 r e s p e c t i v e l y . T h e r e f o r e t h e t e c h n o l o g y u s e d b y b o t h P e l w a t t e a n d S e v a n a g a l a a r e o l d e r c o m p a r e d t o t h e m o d e m t e c h n o l o g y u s e d i n o t h e r s u g a r p r o d u c i n g f a c t o r i e s i n t h e w o r l d . I t i s v e r y d i f f i c u l t f o r o u r f a c t o r i e s t o c o m p e t e w i t h t h e s e c o u n t r i e s , b e c a u s e t h e y a r e u s i n g m o d e m t e c h n o l o g y [ 5 ] . I n s u g a r i n d u s t r y , r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t i s a v e r y i m p o r t a n t f a c t o r , a s t h e r e a r e v a r i o u s s u g a r v a r i e t i e s f r e q u e n t l y i n t r o d u c e d . T h e r e f o r e y i e l d p e r h e c t a r e s h o u l d b e i n c r e a s e d w h i l e g e t t i n g m o r e s u c r o s e f r o m t h e s u g a r c a n e . S i m i l a r l y t h e r e a r e d i f f e r e n t t y p e s o f d i s e a s e s s p r e a d i n g o u t o v e r t h e s u g a r c a n e a n d s o l u t i o n s s h o u l d b e g i v e n i m m e d i a t e l y . I n c a s e o f r e d u c i n g c o s t o f p r o d u c t i o n , t h e m o d e m t e c h n o l o g i e s c a n b e u s e d . T h e s e a c t i v i t i e s a r e u s e d i n s u g a r p r o d u c i n g c o u n t r i e s . B u t i n S r i L a n k a , c o n s i d e r a b l e a t t e n t i o n h a s n o t b e e n g i v e n t o t h i s f i e l d . S r i L a n k a i s a n a g r i c u l t u r a l b a s e d d e v e l o p i n g c o u n t r y . T h e r e a r e l o t s o f b a r e l a n d s i n d r y z o n e , w h i c h c a n n o t b e u s e d f o r o t h e r a g r i c u l t u r a l c u l t i v a t i o n s o t h e r t h a n s u g a r c a n e . T h e s e s u g a r f a c t o r i e s a r e l o c a t e d f a r a w a y f r o m t h e c a p i t a l c i t y , C o l o m b o . T h e r e f o r e l a r g e n u m b e r o f j o b s h a s b e e n p r o v i d e d b y t h i s i n d u s t r y . O t h e r w i s e p e o p l e w h o l i v e i n t h e s e a r e a s w o u l d h a v e t o c o m e t o m a i n c i t i e s f o r j o b o p p o r t u n i t i e s . T h e r e a r e t h o u s a n d s o f p e o p l e l i v i n g i n t h i s a r e a w h o h a v e d i r e c t r e l a t i o n s h i p s w i t h s u g a r i n d u s t r y . R e d u c t i o n o f c o s t o f p r o d u c t i o n i s a d i f f i c u l t t a s k i n S r i L a n k a n s u g a r i n d u s t r y . L o t s o f h e a v y m a c h i n e r y a n d t h e i r s p a r e s a l o n g w i t h s e n s i t i v e i n s t r u m e n t s a r e i m p o r t e d . D u e t o t h e d e p r e c i a t i o n o f R u p e e , c o s t o f t h e s e i m p o r t e d i t e m s h a s b e e n i n c r e a s e d . I n o t h e r c o u n t r i e s , r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t i n s u g a r i n d u s t r y p l a y s a b i g r o l e f o r r e d u c i n g c o s t o f p r o d u c t i o n . E l e c t r i c i t y w h i c h i s i n e x c e s s f r o m t h e u t i l i z e d a m o u n t i n t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s i s a c o m m o n b y - p r o d u c t i n s u g a r i n d u s t r y t o d a y . T h i s i s a v e r y c o m m o n p r a c t i c e i n I n d i a . B u t i n S r i L a n k a , t h i s i s n o t p r a c t i c e d , a s i t r e q u i r e s v e r y h i g h p r e s s u r e b o i l e r s a n d a u x i l i a r i e s t o b e u s e d . I m p l e m e n t a t i o n o f t h i s i s n o t p o s s i b l e i n S r i L a n k a n s u g a r i n d u s t r y , b e c a u s e e x i s t i n g s y s t e m i s n o t c a p a b l e e n o u g h t o w i t h s t a n d t h i s p r e s s u r e . T h e o t h e r m a j o r r e a s o n i s t h e c a p i t a l c o s t . F o r t h e r e p l a c e m e n t o f e x i s t i n g m a c h i n e r i e s w i t h n e w o n e s a n d t o p r o d u c e s u g a r a n d e l e c t r i c i t y , c a p i t a l c o s t w i l l b e v e r y h i g h . I n v e s t m e n t o n l k W o f e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n a n d d i s t r i b u t i n g i t t o n a t i o n a l g r i d i s a p p r o x i m a t e l y 4 5 m i l l i o n L K R . T h e p o t e n t i a l o f g e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y f r o m P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s i s 2 0 M W . F o r t h a t , t h e c a p i t a l c o s t w i l l b e v e r y h i g h a n d p a y b a c k p e r i o d i s a l s o a r o u n d e i g h t y e a r s . I R R v a l u e ( s n o t s i g n i f i c a n t ; t h e r e f o r e n o b o d y i s i n t e r e s t e d i n t h i s r e p l a c e m e n t , o t h e r t h a n g e t t i n g m a x i m u m o u t p u t f r o m t h e e x i s t i n g p l a n t . N o w a d a y s , e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n i s m o r e p r o f i t a b l e t h a n s u g a r m a n u f a c t u r i n g . T h e g r i d c o n n e c t i o n i s t h e m a i n p r o b l e m f a c e d b y t h e P e l w a t t a S u g a r I n d u s t r i e s a s i t i s f a r a w a y f r o m t h e n a t i o n a l g r i d . F u e l p r i c e i s t 1 u c t u a t i n g , w i t h t h e p r i c e c h a n g e s o f a c r u d e o i l b a r r e l i n w o r l d m a r k e t . T h e r e f o r e , i n d u s t r i e s t h a t a r e d i r e c t l y r e l a t e d w i t h e n e r g y a r e h i g h l y a f f e c t e d b y t h e s e p r i c e v a r i a t i o n s . T o s u s t a i n w i t h t h e s e c h a n g e s , f u e l u s a g e m u s t b e m i n i m i z e d . I n P e l w a t t a s u g a r m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s , w h e n e v e r t h e r e l e a s e d a m o u n t o f b a g a s s e i s n o t s u f f i c i e n t , f u r n a c e o i l i s b a s i c a l l y u s e d t o s u p p l e m e n t t h e f u e l r e q u i r e m e n t . D i e s e l g e n e r a t o r s a r e u s e d d u r i n g t h e o f f s e a s o n f o r t h e p o w e r s u p p l y . T h e a n n u a l f u e l c o n s u m p t i o n i s t h e r e f o r e a t a h i g h l e v e l . A v e r a g e a n n u a l f u r n a c e o i l c o n s u m p t i o n i s 6 0 0 M T [ 5 ) . F o r t h e e x i s t e n c e w i t h t h e c h a n g i n g w o r l d , c o s t o f p r o d u c t i o n m u s t b e m i n i m i z e d . O t h e r w i s e t h e S u g a r I n d u s t r y i n S r i L a n k a w i l l n o t s u r v i v e l o n g . O p t i m u m u s a g e o f b a g a s s e i s t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r , i n m i n i m i z i n g t h e f u e l c o n s u m p t i o n i n s u g a r i n d u s t r y . F o r t h e o p t i m u m u s a g e o f b a g a s s e , b o i l e r e f f i c i e n c y s h o u l d b e i n c r e a s e d . W h e n t h e b o i l e r e f f i c i e n c y i s i n c r e a s e d , b a g a s s e c o n s u m p t i o n w i l l b e r e d u c e d . T h i s c a u s e s t o s e r v e s u r p l u s b a g a s s e . T h e r e a r e v a r i o u s m e t h o d s o f i n c r e a s i n g b o i l e r e f f i c i e n c y s u c h a s i n t r o d u c t i o n o f a i r p r e - h e a t e r , i n t r o d u c t i o n o f f e e d w a t e r h e a t e r , m i n i m i z i n g b l o w d o w n f r e q u e n c y , m i n i m i z i n g s u r f a c e l o s s , e t c . F i r s t t w o m e t h o d s c a n b e a c h i e v e d f r o m t h e w a s t e h e a t o f t h e f l u e g a s . F o r o t h e r t w o m e t h o d s , p r o p e r b o i l e r w a t e r t r e a t m e n t a n d c o m p l e t e i n s u l a t i o n o f b o i l e r s a r e v e r y i m p o r t a n t . S i m i l a r l y m i x i n g c o m m o n l y a v a i l a b l e b i o - m a s s ( s u c h a s G i n i s e r i a ) w i t h b a g a s s e i s a l s o p o s s i b l e f o r s a v i n g s u r p l u s b a g a s s e . T h e r e a r e l o t s o f b a r e l a n d s o f t h e s u g a r c a n e f i e l d , e s p e c i a l l y n e a r t h e r i v e r b a n k s , w h i c h c a n b e u s e d f o r t h e c u l t i v a t i o n o f t h e s e b i o - m a s s [ 3 J . 2 1 . 2 M o t i v a t i o n I h a v e b e e n e m p l o y e d a b o u t t e n y e a r s i n t h e P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s L t d . P c h \ a t t e S u g a r I n d u s t r i e s i s t h e l a r g e s t s u g a r m a n u f a c t u r i n g c o m p a n y i n S r i L a n k a . I t p r o d u c e s 6 . 5 % o f t h e t o t a l s u g a r c o n s u m p t i o n i n S r i L a n k a . P c h \ a t t e S u g a r C o m p a n y i s l o c a t e d a t B u t t a l a i n \ 1 o n r a g a l a d i s t r i c t w h i c h i s n e a r l y 2 3 5 k m a w a y f r o m t h e c a p i t a l c i t y C o l o m b o . T h i s s u b j e c t a r e a \ v h i c h i s m o r e f a m i l i a r t o m e a n d o p p o r t u n i t y t o o f f e r a s i g n i f i c a n t b e n e f i t t o t h e o r g a n i z a t i o n a n d a l s o t o t h e c o u n t r y m o t i v a t e d m e f o r u n d e r t a k i n g t h i s p r o j e c t . 1 . 3 P r o c e s s D e s c r i p t i o n j P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r y o w n s s u g a r c a n e c u l t i v a t i o n i n 1 2 . 0 0 0 h e c t a r e s . R o t h c o m p a n y 0 \ \ n c d a n d p r i v a t e o w n e d l a n d s a r e u s e d t o c u l t i v a t e s u g a r c a n e . S u g a r c a n e i s a l a r g e g r a s s t h a t h a s a b a m b o o - l i k e s t a l k . g r o w s 2 . 5 t o 4 . 5 m e t e r s ( 8 t o 1 5 f e e t ) h i g h . a n d c o n t a i n s a l a r g e a m o u n t o f s u c r o s e i n t h e s t a l k . D i f f e r e n t v a r i e t i e s o c c u r t h r o u g h o u t t h e t r o p i c a l a n d s e m i t r o p i c a l r e g i o n s o f t h e w o r l d . t h e y a r e t h e r e s u l t s o f t h e d i v e r s e s o i l c o n d i t i o n s . c l i m a t e s a n d m o d e o f c u l t i v a t i o n . T w o m a j o r s e a s o n s a r e i n a r e a . n a m e d · · Y a l a ' " a n d ' " M a h a · · s e a s o n s . G e n e r a l ! ) t h e s e t w o s e a s o n s d i v i d e d b y c o n s i d e r i n g r a i n f a l l . D u r i n g r a i n y s e a s o n s c a n e h a r v e s t i n g i s s t o p p e d a n d c u l t i v a t i o n i s s t a r t e d . S u g a r p r o d u c t i o n i s a c o n t i n u o u s a n d 2 4 h o u r o p e r a t i o n . t h e r e f o r e r e g u l a r c a n e s u p p l y t l - o m t h e f i e l d t o f a c t o r y i s e s s e n t i a l : b u t d u r i n g t h e r a i n y s e a s o n s v e h i c l e s c a n n o t e n t e r i n t o t h e f i e l d d u e t o w e t g r o u n d c o n d i t i o n . B a s i c a l l y 6 0 - 8 0 M T p e r h e c t a r e i s t h e y i e l d o f s u g a r c a n e o f t h c s c a g r i c u l t u r a l l a n d s l 6 J . 1 . 4 L i t e r a t u r e r e v i e w S c i e n t i f i c f i n d i n g s s t r o n g l y s u g g e s t t h a t t h e r e i s a s t r o n g e r e v i d e n c e f o r a h u m a n i n f l u e n c e o n c l i m a t e c h a n g e t h a n a t t h e t i m e o f a d o p t i n g t h e U n i t e d N a t i o n s F r a m e w o r k C o n v e n t i o n o n C l i m a t e C h a n g e ( U N F C C ) . I t i s l i k e l y t h a t i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n s o f g r e e n h o u s e g a s s e s h a v e c o n t r i b u t e d s u b s t a n t i a l l y t o t h e o b s e r v e d g l o b a l w a r m i n g o v e r t h e P a s t 5 0 Y c a r s . T h e I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e ( I P C C ) h a s n o w r e v i s e d i t s e a r l i e r e s t i m a t e s t o t e m p e r a t u r e o f I . 3 - 6 ° C t o a n i n c r e a s e 1 . 5 - 6 ° d u e t o t h e e x p e c t e d r e d u c t i o n o f S u l f u r O x i d e e m i s s i o n . T h e I P C C r e p o r t n o t e s t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n o f a t m o s p h e r i c C a r b o n D i o x i d e h a s n O \ \ r i s e n t o o v e r 3 6 0 p a r t s p e r m i l l i o n ( P P M ) f r o m t h e i n d u s t r i a l l e v e l o f a b o u t 2 7 0 P P M . C a r b o n D i o x i d e h a s a n e f f e c t i v e l i f e t i m e i n t h e a t m o s p h e r e o f a b o u t l 0 0 y e a r s . s o t h a t i t s g l o b a l m e a n c o n c e n t r a t i o n r e s p o n d s t o c h a n g e s i n e m i s s i o n s v e r y s l o w l y . E m i s s i o n r e d u c t i o n s o f 6 0 % - 7 0 % f r o m c u r r e n t l e v e l s w o u l d b e n e e d e d t o p r e v e n t c a r b o n c o n c e n t r a t i o n s f r o m r i s i n g 3 f u r t h e r . M e a n s e a l e v e l h a s r i s e n b y b e t w e e n I 0 t o 2 5 c m . I f a n y C 0 2 e m i s s i o n r e d u c t i o n s a r e n o t i m p l e m e n t e d , s e a f l o o d s a l s o c a n b e e x p e c t e d i n f u t u r e [ 3 ] . B i o - m a s s c a n b e c o n s i d e r e d t o c a u s e z e r o C a r b o n D i o x i d e e m i s s i o n s , b e c a u s e w h e n t h e b i o m a s s i s b u r n t i t r e l e a s e s c a r b o n d i o x i d e , w h i c h w a s a b s o r b e d b y b i o - m a s s d u r i n g i t s g r o w i n g p h a s e . T h e r e f o r e w h e n t o t a l c y c l e i s c o n s i d e r e d , n e t e m i s s i o n o f C a r b o n D i o x i d e i s z e r o . E n e r g y s o u r c e s , l i k e w i n d e n e r g y , t i d a l e n e r g y , s o l a r , b i o g a s c a n a l s o b e c o n s i d e r e d a s z e r o e m i s s i o n o f C a r b o n D i o x i d e . T h a t i s w h y d e v e l o p i n g c o u n t r i e s a r e a l w a y s t r y i n g t o u s e t h e s e t y p e s o f e n e r g y . U n c u l t i v a t e d l a n d s o w n e d b y P e _ l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s L i m i t e d ( e s p e c i a l l y n e a r t h e r i v e r b a n k s ) , c a n b e s e l e c t e d a s a g r i c u l t u r a l l a n d s f o r · · G i n i s e r i a " w h i c h c a n b e m i x e d w i t h b a g a s s e . T h e n h u g e q u a n t i t y o f b a g a s s e c a n b e s a v e d , m i n i m i z i n g p e t r o l e u m c o n s u m p t i o n a t t h e s a m e t i m e i n p u t e n e r g y a l s o c a n b e i n c r e a s e d , a s G i n i s e r i a i s h a v i n g m o r e h e a t i n g v a l u e t h a n b a g a s s e . F i n a l l y b y c a r e f u l l y s t u d y i n g t h e r u l e s a n d r e g u l a t i o n s o f U N F C C , t h i s p r o j e c t c a n b e c o n s i d e r e d a s a C D M ( C l e a n D e v e l o p m e n t M e c h a n i s m ) p r o j e c t . T h e r e f o r e , p o s s i b i l i t y i s t h e r e t o g e t s o m e b e n e f i t f o r t h i s p r o j e c t , u n d e r t h e c o n c e p t o f " C a r b o n T r a d i n g " [ 3 ] . 1 . 5 G o a l s I n P e l w a t t e s u g a r p l a n t , o n l y a i r p r e - h e a t e r s a r e a v a i l a b l e f o r i n c r e a s i n g b o i l e r e f f i c i e n c y . T h e r e f o r e e f f i c i e n c i e s o f b o i l e r s a r e e s t i m a t e d t o b e i n t h e r a n g e 6 5 - 6 7 % . I f i t i s p o s s i b l e t o i n s t a l l a f e e d w a t e r h e a t e r ( t h r o u g h w h i c h a n i n c r e m e n t o f 2 5 ° C t e m p e r a t u r e w i l l b e p o s s i b l e ) , t h e n t h e b o i l e r e f f i c i e n c y c a n b e i n c r e a s e d u p t o 7 0 % . B a g a s s e s a v i n g c a n b e e x p e c t e d a s a r e s u l t o f b o i l e r e f f i c i e n c y i n c r e a s e . B u t f o r t h i s , w i d e a n d s u f f i c i e n t r e s e a r c h m u s t b e c a r r i e d o u t . D e s i g n p a r a m e t e r s o f t h e b o i l e r s s h o u l d n o t b e c h a n g e d . S i m i l a r l y t e m p e r a t u r e o f f l u e g a s r e l e a s i n g t o t h e a t m o s p h e r e c a n n o t b e r e d u c e d b e l o w 1 7 5 ° C , I f w e d o s o , s u l f u r c o n t e n t o f t h e f u e l w i l l b e o n t h e c h i m n e y , a i r d u c t a n d s t r u c t u r e . T h i s i s t h e m a i n r e a s o n f o r c o r r o s i o n o f t h e e f f e c t i v e p a r t s . C a p a c i t i e s o f t h e e x i s t i n g I n d u c e d D r a f t ( I D ) a n d F o r c e d D r a f t ( F D ) f a n s s h o u l d b e c o n s i d e r e d . T u r b u l e n c e o f f l u e g a s i n s i d e t h e f e e d w a t e r h e a t e r a n d p a t t e r n o f t h e s t r e a m l i n e s a r e a l s o c r i t i c a l i s s u e s . M e t h o d o f h a r v e s t i n g a n d e m i s s i o n a r e a l s o e f f e c t i v e f a c t o r s f o r t h i s p r o j e c t . P a r t i c u l a t e m a t t e r ( P M ) i s a c o m m o n e m i s s i o n , a n d m u s t b e r e m o v e d f r o m t h e f l u e g a s t o r e d u c e a t m o s p h e r i c p o l l u t i o n . A s h a n d P M ( p a r t i c u l a t e m a t t e r ) w i l l d e p o s i t o n f e e d w a t e r h e a t e r t u b e s . T h e r e f o r e b e f o r e i n t r o d u c i n g a f e e d w a t e r h e a t e r , a d e q u a t e s p a c e m u s t b e p r o v i d e d t o a v o i d f r i c t i o n f o r t h e f l u e 4 g a s f 1 o w . A r r a n g e m e n t s h o u l d b e m a d e t o r e m o v e d e p o s i t e d a s h a n d p a r t i c u l a t e m a t t e r s o n t h e t u b e s . O t h e r w i s e , d u e t o t h e o b s t r u c t i o n f o r t h e f l u e g a s f l o w , b a c k p r e s s u r e w i l l b e c r e a t e d i n s i d e t h e b o i l e r . O n t h e o t h e r h a n d t h i s d e p o s i t e d a s h w i l l a c t a s a n i n s u l a t i o n l a y e r o n t h e t u b e s r e d u c i n g h e a t t r a n s f e r r a t e o f t h e f e e d w a t e r h e a t e r . " 5 C h a p t e r 2 P r o b l e m S t a t e m e n t T h e f a c t o r i e s o f P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s a n d S e v a n a g a l a S u g a r I n d u s t r i e s w e r e c o m m i s s i o n e d i n 1 9 8 5 a n d 1 9 8 6 r e s p e c t i v e l y . T h e r e f o r e t h e t e c h n o l o g y , u s e d b y b o t h P e l w a t t e a n d S e v a n a g a l a i s o l d e r t h a n w h i c h i s u s e d b y o t h e r m o d e r n s u g a r p r o d u c i n g f a c t o r i e s i n t h e w o r l d . T h e r e f o r e , i t i s v e r y d i f f i c u l t t o c o m p e t e w i t h t h e s e c o u n t r i e s , a s t h e y a r e u s i n g m o d e r n ; t e c h n o l o g y , w i t h h i g h e r p r o d u c t i v i t y . S u g a r c a n e i s g r o w n i n r u r a l a r e a s i n S r i L a n k a , a n d t h e r e s i d u e o f s u g a r c a n e p r o d u c t i o n c a l l e d b a g a s s e , c a n b e a c h e a p s o u r c e o f p r i m a r y b o i l e r f u e l , w h e n p r o c e s s i n g s u g a r c a n e . F o r e a c h 1 0 0 t o n e s o f s u g a r c a n e h a r v e s t e d a n d m i l l e d , 9 - 1 0 t o n e s o f s u g a r i s p r o d u c e d t o g e t h e r w i t h 2 9 - 3 3 t o n e s o f s o l i d w a s t e i n t h e f o r m o f c r u s h e d c a n e , o r b a g a s s e [ 5 ] . T y p i c a l l y , t h e m i l l u s e s a p o r t i o n o f t h e b a g a s s e i n a l o w e f f i c i e n c y s t e a m c y c l e t o p r o d u c e t h e e l e c t r i c i t y a n d s t e a m w h i c h i s n e e d e d f o r o w n u s e . S u r p l u s b a g a s s e i s s o m e t i m e s u s e d f o r p a p e r m a k i n g o r c a t t l e f e e d b u t i n S r i L a n k a n e i t h e r o f t h e s e a p p l i c a t i o n s a r e e f f e c t i v e l y u s e d . B a g a s s e i s a m a j o r b i o - m a s s f u e l , w h i c h c a n b e u s e d t o p r o d u c e s i g n i f i c a n t q u a n t i t y o f s u r p l u s e l e c t r i c i t y . P r o g r e s s i v e s u g a r c a n e c o m p a n i e s a r e b e g i n n i n g t o s e e t h e a d v a n t a g e s o f c r e a t i n g a s u b s t a n t i a l a d d i t i o n a l c a s h f l o w b y s e t t i n g u p c o - g e n e r a t i o n p o w e r p l a n t s f u e l l e d b y b a g a s s e . B e c a u s e o f t h e h a r v e s t i n g o f s u g a r c a n e i s s e a s o n a l , m a x i m u m u t i l i z a t i o n o f t h e c o - g e n e r a t i o n p l a n t s i s o n l y a c h i e v e d i f b a g a s s e i s s t o r e d f o r u s e i n t h e o f f s e a s o n o r a l t e r n a t i v e b i o m a s s o r f o s s i l f u e l s a r e e m p l o y e d . T h e r e f o r e , o p t i m u m u s a g e o f b a g a s s e i s i m p o r t a n t f o r m i n i m i z i n g f o s s i l f u e l u s a g e . I n S r i L a n k a p r i c e o f f o s s i l f u e l i s i n c r e a s i n g r a p i d l y . I f t h e s u g a r f a c t o r y c o n s u m e s f o s s i l f u e l s t h e n t h o s e f a c t o r i e s a r e d i r e c t l y a f f e c t e d b y t h e p r i c e f l u c t u a t i o n s o f f o s s i l f u e l s . F o r t h e e x i s t e n c e o f S r i L a n k a n s u g a r i n d u s t r y , a n d t o c o m p e t e w i t h o t h e r s u g a r i n d u s t r i e s a l l o v e r t h e w o r l d , o p t i m i z a t i o n o f b i o - m a s s u s a g e , s u c h a s b a g a s s e i s v e r y i m p o r t a n t . I n t h e e x i s t i n g t w o s u g a r f a c t o r i e s i n S r i L a n k a , t h e r e a r e n o f e e d w a t e r h e a t e r s i n s t a l l e d . I n P e l w a t t e , o n l y a i r p r e - h e a t e r s a r e a v a i l a b l e f o r i n c r e a s i n g b o i l e r e f f i c i e n c y . T h e r e f o r e , e H i c i e n c i e s o f b o i l e r s h a v e b e e n c a l c u l a t e d a s 6 5 - 6 7 % . I f i t i s p o s s i b l e t o i n s t a l l a f e e d w a t e r h e a t e r ( d u e t o w h i c h f e e d w a t e r t e m p e r a t u r e i n c r e m e n t i s c a l c u l a t e d a s 2 5 · C ) , t h e n t h e b o i l e r e f f i c i e n c y c a n b e i n c r e a s e d u p t o 7 0 - 7 4 % . 6 C h a p t e r 3 B o i l e r s 3 . 1 B o i l e r t y p e s F u e l c e l l s , h o r s e s h o e b o i l e r s a n d s p r e a d e r s t o c k e r b o i l e r s a r e u s e d t o c o m b u s t b a g a s s e . H o r s e s h o e b o i l e r s a n d f u e l c e l l s d i f f e r i n t h e s h a p e o f t h e i r f u r n a c e a r e a b u t s i m i l a r i n d e s i g n a n d o p e r a t i o n . I n t h e s e b o i l e r s , b a g a s s e i s g r a v i t y - f e d t h r o u g h c h u t e s a n d p i l e s u p o n a r e f r a c t o r y h e a r t h . P r i m a r y a n d o v e r f o r e c o m b u s t i o n a i r fl~s t h r o u g h p o r t s i n t h e f u r n a c e w a l l s b u r n i n g b e g i n o n t h e s u r f a c e p i l e . M a n y o f t h e s e u n i t s h a v e d u m p i n g h e a r t h s t h a t p e r m i t a s h r e m o v a l w h i l e t h e u n i t i s o p e r a t i n g [ 6 ] . I n m o r e r e c e n t l y b u i l t s u g a r m i l l s b a g a s s e i s b u r n e d i n s p r e a d e r s t o c k e r b o i l e r s . B a g a s s e f e d t o t h e s e b o i l e r s e n t e r s t h e f u r n a c e t h r o u g h a f u e l c h u t e a n d i s s p r e a d p n e u m a t i c a l l y o r m e c h a n i c a l l y a c r o s s t h e f u r n a c e w h e r e p a r t o f f u e l b u m s w h i l e i n s u s p e n s i o n . S i m u l t a n e o u s l y l a r g e p i e c e s o f f u e l a r e s p r e a d i n a t h i n e v e n b e d o n a s t a t i o n a r y o r m o v i n g g r a t e . T h e f l a m e o v e r t h e g r a t e r a d i a t e s h e a t b a c k t o t h e f u e l t o a i d c o m b u s t i o n . T h e c o m b u s t i o n a r e a o f t h e f u r n a c e i s l i n e d w i t h h e a t e x c h a n g e t u b e s [ 6 ] . B o i l e r D i a ! ! r a m S a f e t y v a l v e S a t u r a t e d s t e a m S t e a m d r u m B o i l i n g w a t e r D o w n c o m e r t u b e F u e l b u r n e r F u e l ~ F i g u r e 3 . 1 7 S a t u r a t e d s t e a m o u t l e t S u p e r h e a t e d s t e a m E x h a u s t g a s s e s S u p e r h e a t e r W a t e r t u b e s W a t e r F e e d w a t e r d r u m 3 . 2 B o i l e r e f f i c i e n c y I n g e n e r a L p r o p e r l y t u n e d b o i l e r s ( b a g a s s e - f i r e d ) o p e r a t e i n a n a v e r a g e e f f i c i e n c y o f 7 0 % - 8 0 % b a s e d o n g r o s s c a l o r i f i c v a l u e . S o . t h a t 2 0 - 3 0 % o f e n e r g y s t o r e d i n f u e l i s w a s t e d . T h i s i s s h a r e d b y t l u e g a s l o s s e s ( 1 8 - 2 1 % ) . b l o w d o w n l o s s e s ( 2 - 3 % ) . s u r f a c e l o s s e s i n f u e l o i l ( 2 - 3 ° 1 < J ) i n b a g a s s e t i r e d b o i l e r s . T h e t l u e g a s t e m p e r a t u r e i s d e p e n d e n t o n t h e b o i l e r a n d i s i n t h e r a n g e o r 2 5 0 u C t o 3 8 0 ° C . I n t h e f l u e g a s o n a v e r a g e 4 0 % i s s e n s i b l e h e a t a n d 6 0 % i s l a t e n t h e a t ( w a t e r v a p o r i n t h e t l u e g a s ) f 6 J . . t W a s t e h e a t r e c o v e r y i s v e r y i m p o r t a n t i n s e v e r a l a s p e c t s . W h e n l o o k i n g a t t h e m a c r o l e v e L i t \ V i i i r e s e r v e t h e e n e r g y s o u r c e s a n d r e d u c e e n v i r o n m e n t a l d a m a g e s m a i n l y t h r o u g h r e d u c t i o n o r e m i s s i o n s o f C 0 2 • S 0 2 & N 0 2 e t c . W h e n l o o k i n g a t t h e m i c r o l e v e L i t w i l l s e r v e e n e r g y a n d \ \ i l l g i v e l o c a l e n v i r o n m e n t a l b e n e f i t s s u c h a s r e d u c e d t h e r m a l p o l l u t i o n . 3 . 3 M e t h o d s o f i n c r e a s i n g b o i l e r e f f i c i e n c y • I n c r e a s i n g i n l e t a i r t e m p e r a t u r e . • I n c r e a s i n g f e e d w a t e r t e m p e r a t u r e . • M i n i m i z a t i o n o f b o i l e r b l o w s d o w n . • M i n i m i z a t i o n o f s u r f a c e l o s s e s . • R e d u c t i o n o f m o i s t u r e c o n t e n t o f b a g a s s e . I n t h e P e l w a t t e b o i l e r . 1 ' t m e t h o d h a d b e e n i m p l e m e n t e d o r i g i n a l l y . T h i s p r o j e c t d e s i g n e d f o r 2 1 1 d m e t h o d . T h e b o i l e r e f f i c i e n c y c a n a l s o b e i m p r o v e d b y m i n i m i z i n g h e a t l o s s e s o f t h e b o i l e r \ \ h i c h r e q u i r e s m i n i m i z e d b o i l e r b l o w d o w n . I f b o i l e r f e e d w a t e r i s p r o p e r l y t r e a t e d a n d b l o v v d o w n f r e q u e n c y c o u l d b e r e d u c e d . T h e n , b l o w d o w n l o s s e s c o u l d b e m i n i m i z e d . S u r f a c e l o s s e s o f t h e b o i l e r s c a n b e m i n i m i z e d b y p r o p e r l y i n s u l a t i n g t h e b o i l e r s a n d i t s r e l a t e d a u x i l i a r i e s . I n w a t e r t u b e b o i l e r s . i n s u l a t i o n b r i c k s a r e u s e d t o p r e v e n t h e a t l o s s e s f r o m t h e s u r f a c e . B y r e p l a c i n g d a m a g e d i n s u l a t i o n b r i c k s a n d d o i n g r e f r a c t o r y w o r k s a n n u a l l y a n d w h e n p o s s i b l e . s u r f a c e l o s s e s a l s o c a n b e m i n i m i z e d . S t e a m o u t l e t l i n e s . f e e d w a t e r i n l e t l i n e s a n d a l s o f u r n a c e o i l l i n e s s h o u l d b e p r o p e r l y i n s u l a t e d u s i n g s t a n d a r d i n s u l a t i o n m a t e r i a l s . R e d u c i n g m o i s t u r e c o n t e n t o f b a g a s s e . b o i l e r e f f i c i e n c y c a n b e i n c r e a s e d . T h e r e a r e v a r i o u s m e t h o d s f o r d o i n g t h i s . E v e n n o w t h e r e i s l o t s o f r e s e a r c h c a r r i e d o u t i n s u g a r p r o d u c i n g 8 L , \ m p a n i e s a l l o v e r t h e w o r l d . T h e c o m m o n l y u s e d m e t h o d t o r e d u c e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e b c t g a s s e i s b a g a s s e d r y e r . B a g a s s e d r y e r i n s t a l l a t i o n i s a c o s t l y e x e r c i s e . i f i t i s d o n e o n a l a t e r " t a g c . T h e r e f o r e . t h i s i s u s u a l l y i n s t a l l e d d u r i n g t h e p r o j e c t i m p l e m e n t a t i o n s t a g e . D e s i g n o f b a g a s s e d r y e r i n l a t e r s t a g e i s a l s o a s l i g h t l y c o m p l e x e x e r c i s e . : h l ' s e b o i l e r s h a v e b e e n d e s i g n e d w i t h o u t h a v i n g a f e e d w a t e r h e a t e r . B a g a s s e i s t h e m a i n f u e l . m d f u r n a c e o i l i s u s e d i n t e r m i t t e n t l y w h e n e v e r t h e B a g a s s e a v a i l a b i l i t y i s n o t a d e q u a t e . B u t · I K p r i c e o f o n e t o n o f f u e l o i l i s n e a r l y R s . 4 0 . 0 0 0 . 0 0 . F u e l c o n s u m p t i o n o f a b o i l e r i s 4 . 2 I L m s / h r . t h e e q u i v a l e n t c o s t i s o v e r R s . 1 6 8 , 0 0 0 . 0 0 / h r . D e s i g n e d B a g a s s e r a t e f o r t h e s e b o i l e r s ~ u r t h e i r s t e a m g e n e r a t i o n i s 2 1 T o n s / h r . T h e n t h e c a n e - c r u s h i n g r a t e i s 1 3 5 T / h r . T h e e n e r g y : L ' i e a s e d b y t h e B a g a s s e i s u s e d t o p r o d u c e 3 0 b a r a n d 3 8 0 ° C s u p e r h e a t e d s t e a m f r o m 3 5 b a r . 1 ; ) 5 1 ; ( ' b o i l e r f e e d w a t e r [ 5 ] . . \ t t h e s a m e t i m e , a d d i t i o n a l s t e a m t u r b i n e w a s i n t r o d u c e d b y t h e C h i n e s e m a n a g e m e n t a s a p r i m e m o v e r o f a s h r e d d e r . T h i s w a s m a i n l y f o r i n c r e a s i n g · · e x t r a c t i o n " o f j u i c e i n t h e s u g a r c a n e . R u t a t t h e s a m e t i m e s t e a m c o n s u m p t i o n w a s a l s o i n c r e a s e d . F i n a l l y . b a g a s s e p r o d u c t i o n ! i · o m t h e c a n e c r u s h i n g w a s m a r g i n a l l y a d e q u a t e a n d s u r p l u s b a g a s s e w a s a v a i l a b l e , w h e n e v e r t h e o p e r a t i o n \ V a s t e m p o r a r i l y s t o p p e d . T h e r e f o r e t h e a t t e n t i o n o f t h e m a n a g e m e n t v v a s g i v e n ! o r i m p r o v i n g t h e b o i l e r p e r f o r m a n c e . w h i l e k e e p i n g t h e s u r p l u s b a g a s s e . U l t i m a t e s o l u t i o n f o r t h i s i s i n s t a l l i n g f e e d w a t e r h e a t e r s f o r t h e b o i l e r s [ 6 ] . 3 . 4 B o i l e r o p e r a t i n g p r o c e d u r e s 1 3 o i l c r o p e r a t i n g p r o c e d u r e s c a n i n t 1 u e n c e u n c o n t r o l l e d e m i s s i o n s f r o m b a g a s s e - f i r e d b o i l e r s . ! · i r s t . l i k e o t h e r w a s t e - f i r e d b o i l e r s , b a g a s s e b o i l e r s m a y u s e a u x i l i a r y f u e l s f o r s t a r t u p . l k c a u s e f u e l o i l i s u s u a l l y t h e s t a r t - u p f u e L t h e i n i t i a l s u l f u r d i o x i d e ( S 0 2 ) a n d n i t r o g e n d i o x i d e ( N 0 2 ) e m i s s i o n s a r e h i g h e r t h a n w h e n b a g a s s e a l o n e i s f i r e d . T h e d u r a t i o n o f s t a r t - u p t s t y p i c a l l y 8 h o u r s . D u r i n g t h i s p e r i o d p a r t i c u l a t e m a t t e r ( P M ) e m i s s i o n s m a y i n c r e a s e d u e t o p o o r c o m b u s t i o n c o n d i t i o n s i n t h e b o i l e r w h i l e i t i s c o l d . I n P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r i e s L i m i t e d . b a g a s s e - f i r e d b o i l e r s a r e s t a r t e d u p o n c e a t t h e s t a r t o f t h e h a r v e s t s e a s o n a n d a r e r u n n i n g u n t i l t h e e n d o f t h e s e a s o n u n l e s s i t i s a b s o l u t e l y n e c e s s a r y t o s t o p t h e m . D u r i n g t h i s p e r i o d f o r t h e p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e . t h e b o i l e r s a r e t e m p o r a r i l y s h u t d o w n a t e v e r y 7 t o 1 0 d a y s . f o r f e w h o u r s [ 5 ] . W h e n c o - g e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y i s a v a i l a b l e o n e b o i l e r i s s h u t d o w n w h i l e t h e o t h e r i s u n d e r o p e r a t i o n . 9 B a g a s s e b o i l e r s u s e a n a u x i l i a r y f u e l ( n o r m a l l y f u e l o i l o r n a t u r a l g a s ) a t t i m e s t o p r o d u c e t h e t o t a l e n e r g y n e e d e d f o r t h e f a c i l i t y t o s u s t a i n g o o d c o m b u s t i o n w i t h w e t b a g a s s e . B u t t h i s c a n h e m i n i m i z e d i f h o t w a t e r i s u s e d a s i m b i b i t i o n w a t e r . D u e t o t h e p r e s e n c e o f s u g a r t r a c e i n 3 r d ~md ~ t h e v a p o r a t o r ' s c o n d e n s a t e . t h a t \ \ a t e r c a n n o t b e u s e d a s b o i l e r f e e d w a t e r . T h i s h o t w a t e r c a n b e u s e d a s i m b i b i t i o n w a t e r . T h e r e s e a r c h e s h a v e p r o v e n t h a t h o t w a t e r i m b i b i t i o n h a s m c r e a s e d s u c r o s e e x t r a c t i o n w h i l e r e d u c i n g m o i s t u r e c o n t e n t o f b a g a s s e [ 6 J . T h e r e a r e s o r n a n y m e t h o d s w h i c h a r e u s e d t o r e d u c e t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f b a g a s s e b u t t h e s e s h o u l d b e t n s t a l l e d a t t h e b o i l e r i n s t a l l a t i o n . a s t h e l a t e r i n t r o d u c t i o n i s a c o s t l y i m p l e m e n t a t i o n . B u t i n P e h v a l t e S u g a r I n d u s t r i e s L i m i t e d . t h e e n g i n e e r i n g d e p a r t m e n t d i d t h i s v a l u a b l e d e s i g n , : o n s i d e r i n g c a r e f u l m o d i f i c a t i o n . T h i s w a s s u c c e s s f u l i n r e d u c i n g t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f b a g a s s e b y 2 % g i v i n g m o r e s u r p l u s b a g a s s e . D u r i n g s t a r t u p c o m b i n e d o i l a n d b a g a s s e f i r i n g i n c r e a s e s S 0 2 a n d N 0 2 e m i s s i o n s . A u x i l i a r y l i . t c l i s u s e d w h e n e v e r a d d i t i o n a l h e a t i n p u t i s r e q u i r e d , i f t h e s u p p l y o f b a g a s s e t o t h e b o i l e r i s t n t c r r u p t e d . D u r i n g t h e s e p e r i o d s . S C h a n d N 0 2 e m i s s i o n s i n c r e a s e . T y p i c a l l y . l e s s t h a n 1 5 p e r c e n t o f t h e t o t a l a n n u a l f u e l h e a t i n p u t i n t o t h e b o i l e r i s i n t h e f o r m o f f o s s i l f u e l s . S o i l l . . ' h a r a c t e r i s t i c s s u c h a s p a r t i c l e s i z e c a n a f f e c t t h e m a g n i t u d e o f P M e m i s s i o n s f r o m t h e b o i l e r . \ l a l - o p e r a t i o n c a n a l s o i n f 1 u e n c e t h e b a g a s s e a s h c o n t e n t . ( i . e . n o p r o p e r f i l t e r i n g w h e n p r e p a r i n g t h e c a n e ) . 3 . 5 E m i s s i o n s l h e c o m p l e t e c o m b u s t i o n o f b a g a s s e c a n b e c o n s i d e r e d o f a s a t w o s t a g e p r o c e s s p r i m a r y a n d - . ; e c o n d a r y c o m b u s t i o n . P r i m a r y c o m b u s t i o n r e f e r s t o t h e p h y s i c a l a n d c h e m i c a l c h a n g e s < 1 c c u r r i n g o n t h e f u e l b e d . I t c o n s i s t s o f d r y i n g d e v o l a t i z a t i o n i g n i t i o n a n d b u r n i n g o f t h e l 1 a g a s s e . S e c o n d a r y c o m b u s t i o n r e f e r s t o t h e o x i d a t i o n o f t h e g a s e s a n d p a r t i c u l a t e m a t e r r e l e a s e d b y p r i m a r y c o m b u s t i o n . S e c o n d a r y c o m b u s t i o n i s a i d e d b y h i g h t e m p e r a t u r e s u t t i c i e n t . m a n d t u r b u l e n c e i n t h e g a s s t r e a m . T h e t u r b u l e n c e m u s t b e i n t e n s e a n d l a s t l o n g e n o u g h t o e n s u r e a d e q u a t e m i x i n g a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e . T h i s t u r b u l e n c e c a n b e c r e a t e d b y f o r c e d a n d m d u c e d d r a f t f a n s . P r o c e s s t i m e . t e m p e r a t u r e , t u r b u l e n c e a n d a i r r e q u i r e a d e l i c a t e b a l a n c e f o r l . . ' o m p l e t e c o m b u s t i o n . A d i s t u r b a n c e i n o n e o r m o r e o f t h e s e v a r i a b l e s c a n r e d u c e c o m b u s t i o n e r t i c i e n c y a n d r e s u l t i n m e a s u r a b l e i n c r e a s e s i n e m i s s i o n s o f C a r b o n M o n o x i d e ( C O ) a n d o t h e r , H g a n i c c o m p o u n d s ( i . e . , t h e p r o d u c t s o f i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n ) . A s a c l a s s . t h e s e v o l a t i l e , ) r g a n i c c o m p o u n d e m i s s i o n s a r e g e n e r a l l y m e a s u r e d e i t h e r a s v o l a t i l e o r g a n i c c o m p o u n d s ( V O C ) o r t o t a l o r g a n i c c o m p o u n d s ( T O C ) [ 3 ] . 1 0 3 . 6 C o n t r o l o f e m i s s i o n s I h e p r i m a r y c o n c e r n i n b a g a s s e - f i r e d b o i l e r s i s p a r t i c u l a t e s . C u r r e n t l y t h e r e a r e f o u r b a s i c , ( l n t r o l d e v i c e s u s e d t o r e d u c e p a r t i c l e e m i s s i o n s [ 3 ] . • M e c h a n i c a l C o l l e c t o r s ( o r c y c l o n e s ) • W e t S c r u b b e r s • F a b r i c F i l t e r s • E l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t i o n l k f o r e 1 9 7 0 . f e w b a g a s s e f i r e d b o i l e r s w e r e c o n t r o l l e d w i t h d e v i c e s o t h e r t h a n m e c h a n i c a l c o l l e c t o r s i n H i n g u r a n a s u g a r f a c t o r y . P e l w a t t e S u g a r I n d u s t r y w a s s t a r t e d i n 1 9 8 5 . F r o m t h e \ c a r 1 9 8 5 t o 2 0 0 2 . n o a n y e m i s s i o n c o n t r o l l e d s y s t e m h a s b e e n i n s t a l l e d . B u t w i t h t h e p a s s a g e l 1 f m o r e s t r i n g e n t a i r e m i s s i o n s t a n d a r d s , w e t s c r u b b e r w a s i n s t a l l e d i n m i d 2 0 0 2 b u t t h i s w a s , m ! y f o r h e a v y p a r t i c l e r e m o v a l . ' V l c c h a n i c a l c o l l e c t o r s o r c y c l o n e s u s e c e n t r i f u g a l s e p a r a t i o n t o r e m o v e P M f r o m f l u e g a s ~trcams. A t t h e e n t r a n c e o f t h e c y c l o n e a s p i n i s i m p a r t e d t o t h e p a r t i c l e - l a d e n g a s . T h i s s p i n c r e a t e s a c e n t r i f u g a l f o r c e w h i c h c a u s e s t h e P M t o m o r e a w a y f r o m t h e a x i s o f r o t a t i o n a n d t O \ \ a r d s t h e w a l l s o f t h e c y c l o n e . P a r t i c l e s w h i c h c o n t a c t t h e w a l l s o f t h e c y c l o n e t u b e a r c d i r e c t e d t o a d u s t c o l l e c t i o n h o p p e r w h e r e t h e y a r e d e p o s i t e d . I n a t y p i c a l s i n g l e c y c l o n e , t h e g a s e n t e r s t a n g e n t i a l l y t o i n i t i a t e t h e s p i n n i n g m o t i o n . I n a m u l t i t u d e c y c l o n e ( o r m u l t i c y c l o n e . ) t h e g a s a p p r o a c h e s t h e e n t r a n c e a x i a l l y a n d h a s t h e s p i n t m p a r t e d b y a s t a t i o n a r y ' · s p i n ' " v a l v e f i r e d i n i t s p a t h . T h i s a l l o w s t h e u s e o f m a n y s m a l l h i g h e r e f f i c i e n c y c y c l o n e t u b e s o p e r a t i n g i n p a r a l l e l t o t h e g a s f l o w s t r e a m w i t h a c o m m o n 1 1 1 l e t a n d o u t l e t h e a d e r . < ) n e ' a r i a t i o n o f t h e m u l t i t u d e c y c l o n e i s t o p l a c e t w o s i m i l a r m e c h a n i c a l c o l l e c t o r s i n s e r i e s . I h i s s y s t e m i s o f t e n r e f e r r e d t o a s a d u a l o r d o u b l e m e c h a n i c a l c o l l e c t o r . T h e c o l l e c t i o n c f t i c i e n c y o f t h e d u a l m e c h a n i c a l c o l l e c t o r i s t h e o r e t i c a l l y i m p r o v e d o v e r t h a t o f a s i n g l e m e c h a n i c a l c o l l e c t o r . M e c h a n i c a l c o l l e c t o r s h a v e b e e n r e p o r t e d t o h a v e P M c o l l e c t i o n e f f i c i e n c i e s o f 2 0 t o 6 0 p e r c e n t . P a r t i c u l a t e e m i s s i o n s f r o m b a g a s s e - f i r e d b o i l e r s a r e 1 1 , l l l l s i d c r c d t o b e a b r a s i v e a n d c a n c a u s e e r o s i o n w i t h i n t h e m e c h a n i c a l c o l l e c t o r . S u c h e r o s i o n · , · d u c e s P M c o l l e c t i o n e f f i c i e n c y u n l e s s c o r r e c t i v e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e s a r e e m p l o y e d . \ w e t s c r u b b e r i s a c o l l e c t i o n d e v i c e w h i c h u s e s a n a q u e o u s s t r e a m o r s l u r r y t o r e m o v e : n a t r i c u l a t e a n d / o r g a s e o u s p o l l u t a n t s . T h e r e a r e t h r e e b a s i c m e c h a n i s m s i n v o l v e d w i t h , , 1 1 l e c t i n g p a r t i c u l a t e m a t t e r . • I n t e r c e p t i o n • I n e r t i a l i m p a c t i o n a n d • D i t T u s i o n o f p a r t i c l e s o r d r o p l e t s I h e i n t e r c e p t i o n a n d i n e r t i a l i m p a c t i o n e f f e c t s d o m i n a t e a t l a r g e p a r t i c l e d i a m e t e r s . t h e J i J T u s i o n e f l e c t s d o m i n a t e a t s m a l l p a r t i c l e d i a m e t e r . \ V e t s c r u b b e r s a r e u s u a l l y c l a s s i f i e d b y e n e r g y c o n s u m p t i o n . L o w - e n e r g y s c r u b b e r s r e p r e s e n t e d b y s p r a y c h a m b e r s a n d t o w e r s h a v e p r e s s u r e d r o p s o f l e s s t h a n 1 k p a ( 5 i n c h e s A \ V a t e r ) . M e d i u m e n e r g y s c r u b b e r s s u c h a s i m p i n g e m e n t s c r u b b e r s h a v e p r e s s u r e d r o p s o f 1 ! ( ) 4 p a ( 5 t o 1 5 i n c h e s o f w a t e r ) . H i g h e n e r g y s c r u b b e r s s u c h a s h i g h p r e s s u r e d r o p v e n t u r e - , . . : r u b b e r s h a v e p r e s s u r e d r o p s e x c e e d i n g 1 5 i n c h e s o f w a t e r . G r e a t e r r e m o v a l s o f p a r t i c u l a t e m a t e r s a r e u s u a l l y a c h i e v e d w i t h h i g h e r e n e r g y s c r u b b e r s . ' ' u r r e n t l y t h e m o s t w i d e l y u s e d w e t s c r u b b e r s f o r b a g a s s e - f i r e d b o i l e r s a r e i m p i n g e m e n t a n d \ e n t u r e s c r u b b e r s . A n i m p i n g e m e n t s c r u b b e r ( a l s o k n o w n a s a n o r i f i c e s e l f i n d u c e d s p r a y o r e n t r a i n m e n t s c r u b b e r ) f e a t u r e s a s h e l l t h a t r e t a i n s l i q u i d s o t h a t g a s i n t r o d u c e d t o t h e s c r u b b e r 1 m p i n g e s o n a n d s k i m s o v e r t h e l i q u i d s u r f a c e t o r e a c h t h e g a s e x i s t d u c t . A t o m i z i n g l i q u i d i s , · n t r a i n e d b y t h e g a s a n d a c t s a s a p a r t i c l e c o l l e c t i n g a n d m a s s t r a n s f e r s u r f a c e . P a r t i c l e , o l l e c t i n g r e s u l t s f r o m i n e r t i a l i m p a c t i o n c a u s e d b y b o t h g a s i m p i n g i n g o n t h e l i q u i d s u r f a c e J n d b y t h e g a s t 1 o w i n g a r o u n d t h e a t o m i z e d d r o p s . I n a t y p i c a l v e n t u r e s c r u b b e r t h e p a r t i c l e l a d e n g a s f i r s t c o n t a c t s t h e l i q u o r s t e a m i n t h e c o r e c~nd t h r o a t o f v e n t u r i s e c t i o n . T h e g a s a n d l i q u i d s t r e a m s t h e n p a s s t h r o u g h t h e a n n u l a r o r i f i c e l o r m e d b y t h e c o r e a n d t h r o a t . a t o m i z i n g t h e l i q u i d i n t o d r o p l e t s w h i c h a r e i m p a c t e d b y p a r t i c l e s i n t h e g a s s t r e a m . I m p a c t i o n r e s u l t s m a i n l y f r o m t h e h i g h d i f f e r e n t v e l o c i t y b e t w e e n 1 2 t h e g a s s t r e a m a n d t h e a t o m i z e d d r o p l e t s . T h e d r o p l e t s a r e t h e n r e m o v e d f r o m t h e g a s s t r e a m h \ c e n t r i f u g a l a c t i o n i n a c y c l o n e s e p a r a t o r . \ \ ' c t s c r u b b e r s h a v e r e p o r t e d P M c o l l e c t i o n e f f i c i e n c i e s o f 9 0 p e r c e n t o r g r e a t e r . O p e r a t i o n a l p r o b l e m s c a n o c c u r w i t h w e t s c r u b b e r s d u e t o c l o g g e d s p r a y n o z z l e s , s l u d g e d e p o s i t s d i r t y r e c i r c u l a t i o n w a t e r i m p r o p e r w a t e r l e v e l s a n d u n u s u a l l y l o w p r e s s u r e d r o p s . T h e s p r a y I m p i n g e m e n t s c r u b b e r i s i n g r e a t e r u s e d u e t o l o w e r e n e r g y r e q u i r e m e n t s a n d l e s s o p e r a t i n g , m d m a i n t e n a n c e p r o b l e m s . / 1 3 C h a p t e r 4 T h e o r e t i c a l D e v e l o p m e n t A s s u r n p t i o n s • U s e o f t h e b o i l e r p a r a m e t e r s a s a c t u a l . • C a l c u l a t i o n s a r e b a s e d o n l o g b o o k r e a d i n g s . " ' • C o n t i n u o u s p r o c e s s ( n o b r e a k d o w n s ) . • E v e r y m a c h i n e o p e r a t e s a c c u r a t e l y . • U s e o f s a m e f u r n a c e o i l . • N o f u e l m i x i n g . 4 . 1 D a t a a n a l y s i s F u r n a c e O i l , D i e s e l & B a g a s s e C o n s u m p t i o n w i t h t o t a l C a n e f r o m 1 9 9 1 t o 2 0 0 8 [ 5 ] Y e a r C a n e C r u s h e d F u r n . O i l D i e s e l B a g a s s e E l e c t r i c i t y ( T o n s ) u s e d ( T o n s ) u s e d ( T o n s ) ( T o n s ) ( M W h ) 1 9 9 1 1 9 3 , 2 0 1 7 1 0 6 0 0 6 3 , 7 6 0 6 , 0 0 8 1 9 9 2 1 9 2 , 5 0 6 6 4 7 6 1 0 6 3 , 5 3 0 5 , 9 8 6 1 9 9 3 3 8 4 , 9 7 5 6 7 3 5 0 0 1 2 7 , 0 0 0 1 1 , 9 7 2 1 9 9 4 3 4 3 , 9 7 5 6 3 0 5 2 5 1 1 3 , 5 1 0 1 0 , 6 9 7 1 9 9 5 4 3 2 , 8 6 6 7 2 8 4 7 5 1 4 2 , 8 5 0 1 3 , 4 6 2 1 9 9 6 5 7 0 , 6 7 2 5 5 8 4 0 0 1 8 8 , 3 2 0 1 7 , 7 4 7 ' 1 9 9 7 4 0 9 , 8 1 6 7 0 7 5 2 5 1 3 5 , 2 4 0 1 2 , 7 4 5 1 9 9 8 4 4 8 , 3 4 7 7 9 1 4 7 5 1 4 7 , 9 5 0 1 3 , 9 4 3 1 9 9 9 4 7 6 , 6 7 5 6 1 4 4 6 0 1 5 7 , 3 0 0 1 4 , 8 2 4 2 0 0 0 5 4 7 , 9 0 0 5 3 6 4 0 0 1 8 0 , 8 0 0 1 7 , 0 3 9 2 0 0 1 5 6 1 , 7 4 2 6 5 4 4 1 0 1 8 5 , 3 7 0 1 7 , 4 7 0 2 0 0 2 5 0 4 , 2 0 8 6 3 9 4 5 0 1 6 6 , 3 9 0 1 5 , 6 8 0 2 0 0 3 5 3 1 , 6 8 4 4 8 5 4 3 0 1 7 5 , 4 5 0 1 9 , 6 4 5 2 0 0 4 5 5 7 , 9 1 9 4 9 8 4 2 0 1 8 4 , 1 1 0 1 7 , 3 5 1 2 0 0 5 5 0 0 , 6 0 9 5 9 5 4 5 0 1 6 5 , 2 0 0 1 5 , 5 6 8 2 0 0 6 3 2 8 , 6 5 9 6 2 4 5 7 5 1 1 2 , 5 0 0 1 0 , 2 2 1 2 0 0 7 2 6 6 , 7 3 4 3 7 3 6 5 0 8 8 , 0 2 0 8 , 2 9 5 2 0 0 8 4 7 1 , 2 9 0 4 0 7 4 7 0 1 5 5 , 5 2 0 1 4 , 6 5 7 - - - - - - - · · - - T a b l e 4 . 1 1 4 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 I~~ ~ " J 1 0 o o ~ 5 0 0 0 F u r n a c e O i l , D i e s e l , C o n s u m p t i o n w i t h t o t a l c a n e f r o m 1 9 9 1 t o 2 0 0 8 I - I I - - ' I - - I - - - - 1 - - - I - - I - - ~ 1 - - - - 1 - - - 1 - - - I - - I - - 1 - - - I - - 1 - - - 1 - - - I - - I - - 1 - - - 1 - - - I - - I r I I I I ~ n n i r I ~ 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 S 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 Y e a r T a b l e 4 . 2 U t i l i z a t i o n o f P r o c e s s D a t a A v e r a g e C r u s h e d c a n e A v e r a g e S u g a r p r o d u c t i o n A v e r a g e D i e s e l c o n s u m p t i o n A v e r a g e F u r n a c e o i l c o n s u m p t i o n A v e r a g e E l e c t r i c i t y G e n e r a t i o n B a g a s s e c o n s u m p t i o n R e q u i r e d w a t e r q u a n t i t y C o s t o f D i e s e l C o s t o f F u r n a c e o i l C o s t o f B a g a s s e ( l a b o r c o s t ) S p e c i f i c f u e l c o n s u m p t i o n , F u r n a c e o i l B a g a s s e C o s t o f E l e c t r i c i t y , F u r n a c e o i l B a g a s s e - 4 2 9 , 1 0 0 T / y - 4 2 , 9 1 0 T / y - 5 0 0 T / y - 6 0 0 T / y - 1 3 , 5 7 1 M W h / y - 1 4 1 , 8 8 0 T / y - 3 8 8 , 8 0 0 T / y - 7 3 . 4 0 R s / 1 - 3 1 . 9 0 R s / 1 - 7 5 0 R s / T - 1 . 5 0 k g / k W h - 7 . 4 0 k g l k W h - 5 9 . 3 6 R s / k W h - 5 . 5 6 R s / k W h 1 5 2 5 , 0 0 0 ~ ' - O D . . t c r c - ) : 2 0 , 0 0 0 I § D a a l . . . . S ( T c . ) ] ] 5 . 0 0 0 I 0 , 0 0 0 f [ ] . . . . . . . . . . . , . ( M W I I ) 5 , 0 0 0 0 F e e d i n g o f t h e B a g a s s e t o t h e B o i l e r F i g u r e 4 . 1 4 . 2 A n a l y s i s o f s e l e c t e d f u e l s F u e l c H R i c e s t r a w 3 9 . 2 5 . 1 R i c e h u s k 3 8 . 5 5 . 7 C o m c o b 4 6 . 2 7 . 6 B a 2 2 a s e 4 6 . 4 5 . 4 P e a n u t s h e l l 4 5 . 3 5 . 6 C o t t o n s t a l k 5 0 . 8 6 . 4 W o o d 5 2 . 9 6 . 3 L i g n i t e 6 4 . 0 4 . 2 T a b l e 4 . 3 S o u r c e : U . S . E n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n a g e n c y [ 3 ] 1 6 0 N s ! 3 5 . 8 0 . 6 0 . 1 3 9 . 8 0 . 5 0 4 2 . 3 1 . 2 0 . 3 4 2 . 6 0 . 7 - 4 5 . 3 0 . 5 - 4 1 . 8 0 . 4 - 3 9 . 7 0 . 1 - 1 9 . 2 0 . 9 1 . 3 U l t i m a t e a n a l y s i s o f s e l e c t e d f u e l s F u e l V o l a t i l e m a t t e r F i x e d C a r b o n R i c e s t r a w 5 4 . 1 2 4 . 8 R i c e h u s k 6 3 . 3 1 4 . 0 C o r n c o b 7 5 . 6 1 5 . 5 B a g a s s e 7 4 . 0 1 9 . 3 P e a n u t s h e l l 7 2 . 8 2 0 . 1 ~ C o t t o n s t a l k 7 5 . 8 1 8 . 9 W o o d 7 7 - 8 7 1 3 - 2 1 L i g n i t e 4 3 . 0 4 6 . 6 - - - - · - - T a b l e 4 . 4 S o u r c e : U . S . E n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n a g e n c y [ 3 ] 4 . 3 O v e r v i e w o f e x i s t i n g B o i l e r 2 8 b a r , 3 8 0 ° C s u p e r h e a t e d s t e a m B o i l e r I 3 5 b a r , I 0 5 ° C A B a g a s s e , 5 1 % m o i s t u r e B o i l c r 2 2 8 b a r , 3 8 0 ° C s u p e r h e a t e d s t e a m F i g u r e 4 . 2 1 7 A s h 2 1 . 1 2 2 . 7 8 . 9 6 . 7 7 . 1 5 . 3 0 . 1 - 2 . 0 1 5 S i d e e l e v a t i o n o f t h e B o i l e r F r o n t e l e v a t i o n o f t h e B o i l e r F i g u r e 4 . 3 F i g u r e 4 . 4 1 8 U S A A R V UN I V E R S I T Y C o f M U R A T U WA , S R I f . A N K A M O R A T U v i A 4 . 4 S t e a m f l o w D i a g r a m W a t e r 9 0 T / h 4 . 5 S t a n d a r d s B o i l e r t B a g a s s e 4 2 T / h . . . . . _ _ . . . . . . . . . . . F i g u r e 4 . 5 C i F = > S t e a m f o r E l e c t r i c i t y G e n e r a t i o n 3 M W - 4 8 T / h S t e a m f o r C a n e c r u s h i n g - 2 7 T / h S t e a m f o r B o i l e r f . w . p u m p - 3 T / h S t e a m f o r D i s t i l l e r y P l a n t - 1 O T / h L o s s e s - 2 T / h T h e f o l l o w i n g s p e c i f i c a t i o n s a n d c o d e s w e r e s t u d i e d f o r p r o c e d u r e s & m a t e r i a l p a r a m e t e r v a l u e s i n t h i s f e e d w a t e r h e a t e r d e s i g n . S t e e l s & M a t e r i a l s e l e c t i o n A S T M A m e r i c a n S o c i e t y o f T e s t i n g a n d M a t e r i a l s C o n s t r u c t i o n [ 2 ] W e l d i n g A S M E A m e r i c a n S o c i e t y f o r M e c h a n i c a l E n g i n e e r s [ 2 ] W e l d i n g r o d s A W S A m e r i c a n W e l d i n g S o c i e t y [ 2 ] 1 9 9 4 5 5 1 C h a p t e r 5 P r o p o s e d S o l u t i o n 5 . 1 D e s i g n i n g o f F e e d w a t e r h e a t e r F o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s m u s t b e c o n s i d e r e d i n f e e d w a t e r h e a t e r d e s i g n . 1 . S t r e n g t h 5 . U t i l i t y 9 . W e a r 1 3 . V o l u m e ~ 2 . R e l i a b i l i t y 6 . C o s t 1 0 . F r i c t i o n 1 4 . M a i n t e n a n c e 3 . T h e r m a l P r o p e r t i e s 7 . F l e x i b i l i t y 1 1 . S i z e & s h a p e s 1 5 . S a f e t y 4 . C o r r o s i o n a n d E r o s i o n 8 . W e i g h t 1 2 . C o n t r o l R e q u i r e d p a r a m e t e r s f o r t h e d e s i g n i n g o f F . W . H e a t e r H e a t s o u r c e - F l u e g a s S t e a m p r e s s u r e - 3 0 b a r S t e a m f l o w r a t e ( m a x . ) - 9 0 , 0 0 0 k g l h r S t e a m t e m p e r a t u r e - 3 8 0 + / - 1 0 ° C F l o w r a t e o f a i r - 3 , 5 0 0 m 3 / m i n I n l e t w a t e r t e m p e r a t u r e - 1 0 5 ° C F u r n a c e o u t l e t t e m p e r a t u r e - 9 2 0 ° C B o i l e r o u t l e t g a s t e m p e r a t u r e - 3 4 0 ° C A i r p r e h e a t e d o u t l e t a i r t e m p e r a t u r e - 2 0 0 ° C C a l o r i f i c v a l u e o f B a g a s s e - 8 , 3 1 6 k J / k g C a l o r i f i c v a l u e o f F u r n a c e o i l - 4 2 , 3 7 0 k J / k g T h e f o l l o w i n g p a r a m e t e r s m u s t b e d e t e r m i n e d f o r t h e f e e d w a t e r h e a t e r d e s i g n i n g • S p e c i f i c l o c a t i o n • M a t e r i a l s • D i m e n s i o n s o f t h e t u b e s • D i m e n s i o n s s i d e p l a t e s • S p a c e r e q u i r e d • N o s . o f t u b e s r e q u i r e d • D i a m e t e r o f B o l t s • W e i g h t o f t h e h e a t e r 2 0 5 . 2 P r o p o s e d f e e d w a t e r h e a t e r d i a g r a m W a t e r o u t T 0 ° C . . . . . B a s e p l a t e ( 2 ) T u b e s ( 3 ) F l u e g a s 3 4 0 ° C F i g u r e 5 . 1 5 . 3 L o c a t i o n o f t h e F e e d W a t e r H e a t e r S i d e p l a t e ( 1 ) W a t e r i n 1 0 5 ° C G e n e r a l l y , e f f i c i e n t f e e d w a t e r h e a t e r s s h o u l d b e i n s t a l l e d i n s i d e t h e b o i l e r b e f o r e c o m i n g t o t h e a i r p r e h e a t e r . I t s h o u l d b e d o n e w i t h o r i g i n a l d e s i g n a n d i n s t a l l a t i o n . H o w e v e r , c a r e f u l l y s e l e c t i o n a n d i d e n t i f i c a t i o n o f t h e l o c a t i o n i s v e r y i m p o r t a n t . F r i c t i o n l o s s e s c a n b e a v o i d e d b y t h e s e l e c t i o n o f g o o d q u a l i t y p i p e s . 2 1 W a t e r I n E x h a u s t W a t e r O u t F i g u r e 5 . 2 A i r I n A i r p r e h e a t e r A i r o u t T h e e x i s t i n g a r r a n g e m e n t o f t h e f e e d w a t e r t o t h e B o i l e r D r u m F i g u r e 5 . 3 2 2 1 . 0 . F a n P r o p o s e d l o c a t i o n o f t h e f e e d w a t e r h e a t e r A i r p r e - h e a t e r t u b e s F i g u r e 5 . 4 F i g u r e 5 . 5 2 3 5 . 4 M a t e r i a l s f o r h e a t e r t u b e s F o l l o w i n g r a t i n g s s h o u l d b e c o n s i d e r e d w h e n s e l e c t i o n o f m a t e r i a l s . 1 . F l u e g a s t e m p e r a t u r e ( m a x . ) 2 . W a t e r p r e s s u r e ( m a x . ) 3 . W a t e r t e m p e r a t u r e ( m a x . ) 4 0 0 De 4 0 b a r 1 4 0 D e C a r b o n s t e e l s c h e d u l e 4 0 s a t i s f i e s t h e a b o v e C o n d i t i o n s . T h i c k n e s s o f 3 . 5 m m w a s s e l e c t e d [ 4 ] . " 5 . 5 D i a m e t e r o f t h e t u b e s G e n e r a l l y , f o l l o w i n g s i z e s o f t h e t u b e s a r e a v a i l a b l e f o r t h e h e a t e r s . 1 . 2 5 m m o u t e r d i a m e t e r l 1 E a s i e r f o r I n c r e a s e 2 . 5 0 m m o u t e r d i a m e t e r h e a t r e m o v a l o f 3 . 7 5 m m o u t e r d i a m e t e r t r a n s f e r a b i l i t y S c a l e 4 . 1 O O m m o u t e r d i a m e t e r B y c o n s i d e r i n g a b o v e f a c t o r s , 7 5 m m o u t e r d i a m e t e r w a s s e l e c t e d a s t h e B e s t . D e t e r m i n a t i o n o f f l o w c o n d i t i o n s D i m e n s i o n s o f T u b e s O u t s i d e d i a m e t e r o f a t u b e I n s i d e d i a m e t e r o f a t u b e L e n g t h o f a t u b e T h i c k n e s s - 7 5 m m - 6 8 m m - 9 0 0 0 m m - 3 . 5 m m C o n s i d e r f l o w r a t e o f a s i n g l e t u b e , F l o w r a t e o f w a t e r - 1 2 . 5 k g / s e c S p e c i f i c v o l u m e o f w a t e r - 1 . 2 4 4 * 1 0 - 3 m 3 / k g a t 3 5 b a r D e n s i t y o f w a t e r a t 3 5 b a r - 1 / 1 . 2 4 4 * 1 0 - 3 m 3 / k g = 8 0 3 . 8 5 k g / m 3 C r o s s s e c t i o n a l a r e a o f a t u b e - 3 . 1 4 * d 2 / 4 - 3 . 1 4 * 0 . 0 7 5 2 / 4 m 2 2 4 V e l o c i t y i n s i d e t h e T u b e i s " u w " c o n s i d e r i n g a u n i f o r m f l o w , 9 * 3 . 1 4 * 0 . 0 7 5 / 4 m 2 U w = 1 . 2 4 4 * 1 0 - J m 3 / k g * 1 2 . 5 k g / s e c V e l o c i t y o f w a t e r , U w C r o s s s e c t i o n a l a r e a o f d u c t A i r l o w r a t e o f l i D f a n = 1 . 1 7 m / s e c = 8 . 7 * 0 . 9 m 2 = 7 . 8 3 m 2 = 3 5 0 0 m 3 / m i n T h e r e f o r e , v e l o c i t y o f f l u e g a s a s s u m i n g a u n i f o r m f l o w c o n d i t i o n , " u r " " u r " = 3 5 0 0 / 6 0 * 1 1 7 . 8 3 V e l o c i t y o f f l u e g a s " u r " = 7 . 5 m / s e c . R e y n o l d s n u m b e r R e y n o l d s n u m b e r c a n b e d e f i n e d f o r a n u m b e r o f d i f f e r e n t s i t u a t i o n s w h e r e a f l u i d i s i n r e l a t i v e m o t i o n t o a s u r f a c e . T h e s e d e f i n i t i o n s g e n e r a l l y i n c l u d e t h e f l u i d p r o p e r t i e s o f d e n s i t y a n d v i s c o s i t y , p l u s a v e l o c i t y a n d a c h a r a c t e r i s t i c l e n g t h o r c h a r a c t e r i s t i c d i m e n s i o n . R e y n o l d s n u m b e r s R e = p L V I ! l , [ 1 ] P a r a m e t e r D e n s i t y k g / m 3 L e n g t h m V e l o c i t y m / s D y n a m i c V i s c o s i t y ( k g / m s ) F l u e G a s W a t e r 0 . 6 0 8 0 3 . 8 5 0 . 2 5 9 7 . 5 0 1 . 1 7 2 . 9 2 7 * w - 5 0 . 2 8 4 * 1 0 " 3 R e r = 0 . 6 0 * 0 . 2 5 * 7 . 5 / 2 . 9 2 7 * 1 0 - 5 = 3 . 8 4 * 1 0 4 R e w = 8 0 3 . 8 5 * 9 * 1 . 1 7 / 0 . 2 8 4 * 1 0 · 3 = 2 . 9 8 * 1 0 7 2 5 0 < R e < 5 * 1 0 5 - L a m i n a f l o w [ 1 ] 2 * 1 0 5 < R e < 1 0 8 - T u r b u l e n t f l o w [ 1 ] 5 . 6 C a l c u l a t i o n o f h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t s C o n d u c t i o n a n d c o n v e c t i o n o f h e a t a r e c o n s i d e r e d f o r t h e c a l c u l a t i o n s , a n d a l l t h e e q u a t i o n s u s e d w e r e c r o s s f l o w o v e r t h e c y l i n d e r e q u a t i o n s . N T U m e t h o d u s e d t o c a l c u l a t e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e h e a t e x c h a n g e r . F u r t h e r i n c r e a s i n g o f h e a t t r a n s f e r i s p o s s i b l e b y i n c r e a s i n g t h e "a r e a o f h e a t t r a n s f e r r i n g , b u t i t h a s n o t b e e n c o n s i d e r e d d u e t o t h e a d d i t i o n a l w e i g h t c o m i n g o n t o t h e s t r u c t u r e , r e d u c t i o n o f a i r f l o w r a t e a n d t o k e e p r e q u i r e d t e m p e r a t u r e o f e x h a u s t g a s f o r a i r p r e - h e a t e r . F l u e g a s , F l u e g a s i s p a s s i n g t h r o u g h t h e b u n c h o f t u b e s , w h i c h a r e s t a g g e r e d , a n d t h e f l u e g a s i s c r o s s i n g o v e r t h e t u b e s [ 1 ] . 0 F l u g a s 0 1 7 5 m m 1 5 0 m m b / d = 1 5 0 / 7 5 = 2 a i d = 1 7 5 / 7 5 = 2 . 3 3 F i g u r e 5 . 6 2 6 S e l e c t , C t = 0 . 4 8 2 n = 0 . 5 5 6 P r = 0 . 6 8 N u = h r D / k R e r = 3 . 8 4 * 1 0 4 W h e r e , N u - N u s s e l t n u m b e r h f - S u r f a c e h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t D - D i a m e t e r o f t h e t u b e k - H e a t t r a n s f e r c o n d u c t i v i t y c o e f f i c i e n t P r - P r a n d l e n u m b e r " ' C 1 - C o r r e c t i o n f a c t o r N u = h D / k = 1 . 1 3 C t * ( R e r ) " * P r 1 1 3 V a l i d f o r 2 0 0 0 < R e r < 4 0 , 0 0 0 B y s u b s t i t u t i n g a b o v e v a l u e s t o g e t h e r w i t h k = 3 . 9 3 0 * 1 0 · 2 W / m . K h r = 1 . 1 3 * 0 . 4 8 2 ( 3 . 8 4 * 1 0 4 ) 0 . 5 5 6 * 0 . 6 8 11 3 * 3 . 9 3 0 * 1 0 - 2 / 0 . 0 7 5 h r = 1 7 1 . 3 W / m . K W a t e r , I n s i d e t h e T u b e [ 1 ] , R e w = 2 . 9 8 * 1 0 7 N u = h w / D k = 0 . 0 2 3 ( R e w ) 0 · 8 * P r " D = 0 . 0 6 8 m k = 0 . 6 8 2 W / m . K a t 1 0 0 ° C R e w = 2 . 9 8 * 1 0 7 P r = 1 . 7 6 n = 0 . 4 h w * 0 . 0 6 8 / 0 . 6 8 2 = 0 . 0 2 3 * ( 2 . 9 8 * 1 0 7 ) 0 · 8 * 1 . 7 6 ° 4 h w = 2 7 5 * 1 0 4 W / m . K h r = 1 7 1 . 3 W / m . K 2 7 5 . 7 C a l c u l a t i o n o f n u m b e r o f t u b e s r e q u i r e d f o r t h e f e e d w a t e r h e a t e r L o g a r i t h m i c M e a n T e m p e r a t u r e D i f f e r e n c e ( L . M . T . D ) , [ 1 ] L . M . T . D = ( e i - e o ) I l n ( e d e o ) W h e r e e i = t i - t o a n d e o = T o - T i m - m a s s f l o w r a t e , # C - s . h e a t c o e f f i c i e n t e - t . d i f f e r e n c e m w * C w * ( T i - T o ) = £ * m f * C f * ( t o - t i ) W h e r e , E - E f f e c t i v e n e s s o f h e a t t r a n s f e r t 0 m i n - 2 7 0 ° C ( l i m i t a t i o n ) ~~~~~~~~ t i T o • t t t t t t t t t o F i g u r e 5 . 7 F o r c r o s s f l o w o f b o t h s t r e a m s u n m i x e d , • E ~ 1 - e x p { C ( N T U ) 0 · 2 2 ( e x p ( - C ( N T U ) 0 · 7 8 [ - 1 ] } W h e r e , N T U = U A / C m i n T i N T U = N u m b e r o f t r a n s f e r U n i t s . C m i n - S p e c i f i c h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t C - C o n s t a n t U = [ 1 / h f d f + 1 / k * I n ( d o / d i ) + 1 1 h w d w ] A = H e a t t r a n s f e r r i n g a r e a . E : : : : : 0 . 4 2 8 l . i F o r f l u e g a s , C p = 1 . 0 2 6 k J / k g . K p = 0 . 6 k g / 1 1 1 3 1 1 1 = V * p = 3 5 0 0 / 6 0 * 0 . 6 = 3 5 k g / s e c . F o r w a t e r , C p = 4 . 2 K J / k g . K p = 8 0 3 . 8 5 k g / 1 1 1 3 1 1 1 = V * p = 4 5 / 3 6 0 0 * 8 0 3 . 8 5 = 1 0 . 0 5 k g / s e c . M a s s f l o w r a t e o f f l u e g a s = 3 5 k g / s e c M a s s f l o w r a t e o f w a t e r = I 0 . 0 5 k g / s e c V e l o c i t y o f w a t e r = 1 . 1 7 1 1 1 / s e c V e l o c i t y o f a i r = 7 . 5 0 1 1 1 / s e c T e m p e r a t u r e ( t , ) 3 4 0 ° ( T o E x p e c t e d r e s u l t F i g u r e 5 . 8 2 9 " ' I i T e m p e r a t u r e t i l ( 2 8 0 ° C ) 1 0 5 oc ( T , ) L e n g t h o f t h e p i p e C o n s i d e r t h e f o l l o w i n g t a b l e , E n e r g y r e l e a s e a n d a b s o r p t i o n T e m p e r a t u r e D i f f e r e n c e ( e ) H e a t e m i t t e d H e a t a b s o r b e d m r * C r * ( e ) m w * C w* ( e ) 1 4 4 . 1 3 5 . 9 5 2 2 0 . 5 1 7 9 . 5 1 0 4 4 1 3 5 9 1 5 6 6 1 . 5 5 3 8 . 5 2 0 8 8 2 7 1 8 2 5 1 1 0 2 . 5 ~ 8 7 9 . 5 3 0 1 3 2 3 1 0 7 7 3 5 1 5 4 3 . 5 1 2 5 6 . 5 4 0 1 7 7 6 1 4 3 6 4 5 1 9 8 4 . 5 1 6 1 5 . 5 5 0 2 2 0 5 1 7 9 5 5 5 2 4 2 5 . 5 1 9 7 4 . 5 6 0 2 6 4 6 2 1 5 4 6 5 2 8 6 6 . 5 2 3 3 3 . 5 7 0 3 0 8 7 2 5 1 3 T a b l e 5 . 1 E f f e c t i v e n e s s o f t h e h e a t t r a n s f e r ( c ) i s 0 . 4 . T h e r e f o r e , m w * C w * ( e ) = 0 . 4 * m r * C r * ( e ) W h e n t h e t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e o f f l u e g a s i s e x p e c t e d t o b e 6 0 ° C , 2 6 4 6 * 0 . 4 = 1 0 5 8 . 4 k W N o w , t h i s e n e r g y i s e n o u g h t o r a i s e t h e f e e d w a t e r t e m p e r a t u r e o v e r 2 5 ° C L . M . T . D t i = 3 4 0 ° c t 0 = 2 8 0 ° C T i = 1 0 5 ° C T o= 1 3 0 ° C = [ ( 3 4 0 - 2 8 0 ) - ( 1 0 5 - 1 3 0 ) ] I l n ( 6 0 12 5 ) = 8 5 I 0 . 8 7 5 L . M . T . D . = 9 7 . 1 ° C 3 0 N u m b e r o f t u b e s f o r t h e h e a t e x c h a n g e r [ 1 ] q L . M . T . D . 1 / n * T I L [ 1 / h f ( i r + 1 / k * I n ( d J d i ) + 1 / h w d w] q = 9 7 . 1 / X , w h e r e , X = 1 / n * n 9 [ 1 1 1 7 1 . 3 * 0 . 0 7 5 + 1 1 4 2 . 9 I n ( 0 . 0 7 5 / 0 . 0 6 8 ) + ( 1 1 2 7 5 * 1 0 4 * 0 . 0 6 8 ) X = l i n * 2 8 . 3 * 0 . 0 8 n = 8 8 0 * 1 0 3 * 0 . 0 8 / ( 9 7 . 1 * 2 8 . 3 ) n =25 .6~26 ~ T h e r e f o r e , n o s . o f t u b e s f o r t h e " C r o s s F l o w H e a t E x c h a n g e r " i s 2 6 . 5 . 8 C o n d i t i o n s o f f e e d w a t e r a f t e r h e a t i n g t e m p e r a t u r e - 1 3 0 o C p r e s s u r e - 3 5 b a r . _ _ _ _ _ S u b s a t u r a t e d w a t e r C o n d i t i o n s o f t h e w a t e r i n t h e B o i l e r D r u m t e m p e r a t u r e - 2 4 1 o C . _ _ _ _ _ S a t u r a t e d w a t e r p r e s s u r e - 3 0 b a r S t a t e s o f w a t e r w i t h t e m p e r a t u r e C r i t i c a l P o i n t ~ l . = . . . . . . . . ~ l . ~ Q . 8 ~ E o - - S u b s a t u r a t e d w a t e r W e t s t e a m E n t h a l p y F i g u r e 5 . 9 [ f ) ~ ~ 0 . . " ' s ~ S u p e r h e a t e d s t e a m 1 0 0 0 , 0 0 1 0 0 , 0 0 . . . ~10,00 1 , 0 0 0 , 1 0 0 l H . ) U U U U U U U U U U U U U U U ~ ~~oinoinoino i n a : n c , : : n a : o c , i n c , . . . - r a : J I O O N I \ O r - . . . O N I \ 0 r - . . . 0 N 1 0 r - . . . 0 N 1 0 r - . . . 0 C ' W : l r - . . . . . . - . . - . . - . . - N N N N < " ) < " ) < " ) < " ) - . ; t - . ; t - . ; t - . ; t 1 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) D D D 0 0 D 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 m m r - . . . r - . . . C D tt:f~!f;f: :: : : \: \Q_~· !\~~~N_~: · ,~: ~: ~~. : : , / : 1 1 1 1 1 1 I I I I I .~ ~~'\~ 1 1 1 1 1 1 1 1 I I I Ill ~~ 0 \ \ ' ' 1 1 1 1 1 I I I I : : : : : : : : : : : : I I I :--....._~ : · \ : ' I ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ~/./. / . I : \ ~t"-.!"' ' ' ' I I I I I I I I I I ~"""'-~~,. I I I I I ! ! ! ! ! ! ! ~.~~ /~~i~/ : / : J : : : '~~\~\\\\\ \ !\ ! ' 1 \' ' : : •~ ::: ~ . )' . / o i f , ' / j . . / : ' / ' • .t ~\.\ ~~\\\ : : ' ' ' ' l l / ' I ' I ' /~ · I · v ' : 1 ' i j ' f \ 1 ~ v I~ ' ' ' : : : l / : : t : I t : t : : ~ : t / . : \ \ : : ; : : : . I ' 1 l ' l ' I ' I ' ' 1 ' 1 ' ' ' I ' ' ~ \ ' ' : ' : I I '-~- I I I I I I ~ ' 1 I I I I I I I I I : ; : 1 0 % ~,a~ :. t t ~so~ oo~ ~-so" o " · : : : ~ : : I 1 : I . - : -J I -~ - ~ ' f . -: , ~ ; l ; 1 : : / t I I I I I I I I I I :' - : ; : /· ; : : ! : ! : : I : v : ! ! ' ' I ' : : : : : : : : I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I ! : : : : : I : : ; : :j : : /· : : : : : : : : I : I I I I I I I I I I I l I I I I I I I I I I I ~7--+.f-':~':-1~--!--f-!-~~-!--!-+!--!---lf--!--J;++--+' ...f!..' -+-' ~'-I-+-' I J I I I I I I I I L ' : I f : : : : I : : : : : ; · : I ; : : / : I : : : : : : : : : I I _ / I I ~ I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I : I : : I I I I I I I 1 1 1 J : : : : : : : : : 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 ·0 0 0 k . J i k g T a b l e 5 . 2 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 5 . 9 D i m e n s i o n o f t h e H e a t e r A r e a o f e x i s t i n g a i r p r e - h e a t e r t u b e s = n * 0 . 0 7 5 2 * 1 1 0 0 / 4 = 4 . 8 6 m 2 A d d i t i o n a l a r e a i n c r e a s i n g = D i a m e t e r o f a T u b e * L * n o s . o f e f f e c t i v e t u b e s i n l i n e = 0 . 0 7 5 * 9 * 1 6 T o t a l a r e a i n c r e a s i n g = 1 0 . 8 m 2 = 4 . 8 6 m 2 + 1 0 . 8 m 2 = 1 5 . 6 6 m 2 T h e r e f o r e , l e n g t h * h e i g h t o f t h e " c r o s s f l o w h e a t e x c h a n g e r " t o b e e q u a l t o a b o v e v a l u e 3 2 L * H = 1 5 . 6 6 m 2 H = 1 5 . 6 6 m 2 I 9 . 0 m = 1 7 4 0 m B y r e f e r r i n g t o t h i s f i g u r e , H e i g h t o f t h e e c o n o m i z e r = 7 5 * 2 m m + 8 * 1 7 5 m m + 7 5 * 2 m m = 1 7 0 0 m m < 1 7 4 0 m m T h e r e f o r e , t h e c o n d i t i o n i s s a t i s f i e d . W i d t h - 3 4 5 m m H e i g h t - 1 7 0 0 m m 5 . 1 0 S i d e p l a t e ' s t h i c k n e s s c a l c u l a t i o n C o n s i d e r i n g t h e p a r t o f t h e s i d e p l a t e , F o r c e o n t h e p l a t e = 3 5 k g / c m 2 * 0 . 5 2 5 * 0 . 3 4 5 = 3 5 0 * 0 . 5 2 5 * 0 . 3 4 5 * = 6 . 3 * 1 0 5 N B y u s i n g B e n d i n g f o r m u l a , M / 1 = c r l y I = b d 3 / 3 a n d y = d / 2 T h e r e f o r e , M = w L 2 / 8 3 3 7 5 m m " 1 7 5 m m 7 5 m m ~ 6 0 m m H o 0 o o 0 o o 0 o o 0 o o 0 o o 0 o o 0 o 0 l _ \ g 0 0 \ H H 6 0 m m 1 5 0 m m 5 2 5 m m 0 0 0 o o o 0 ~ 3 4 5 m m . . , , F i g u r e 5 . 1 0 I - M o m e n t o f i n e r t i a M - B e n d i n g m o m e n t a - S t r e s s ( n o m i n a l ) w - F o r c e p e r u n i t a r e a d - T h i c k n e s s o f t h e p l a t e F o r s h e a r / y i e l d s t r e s s o f m i l d s t e e l , a = 3 7 2 M N / m 2 B y c o n s i d e r i n g u n i f o r m d i s t r i b u t i o n o f f o r c e o v e r t h e p l a t e , W h e r e , M = 6 . 3 * I 0 5 * 0 . 3 4 5 2 / 0 . 5 2 5 2 * 8 w = 6 . 3 * I 0 5 / 0 . 5 2 5 M = 1 . 6 * 1 0 4 N m I = 0 . 5 2 5 * d 3 / 3 a n d y = d / 2 B y s u b s t i t u t i n g t h e s e v a l u e s o f b e n d i n g f o r m u l a , 1 . 6 * 1 0 4 * 3 / ( 0 . 5 2 5 * d 3 ) = 3 7 2 * 1 0 6 * 2 / d ~ d 2 = 1 . 6 * 1 0 4 * 3 * 1 . 5 / ( 0 . 5 2 5 * 3 7 2 * 1 0 6 * 2 ) d = 1 3 . 6 m m T h e r e f o r e s e l e c t e d p l a t e t h i c k n e s s f o r s i d e p l a t e i s 1 5 m m a n d t h i c k n e s s o f t h e b a s e p l a t e i s 2 0 m m , w h e r e s a f e t y f a c t o r i s s e l e c t e d a s 1 . 5 . 5 . 1 1 D i a m e t e r o f B o l t s F o r c e a p p l y i n g o n a s i n g l e p l a t e = 6 . 3 * I 0 5 / 2 = 3 . 1 5 * 1 0 5 T e n s i l e s t r e n g t h o f t h e b o l t B o l t d i a m e t e r N u m b e r o f b o l t s c o n s i d e r e d = 4 8 0 M N / m 2 = d = 1 0 3 . 1 5 * 1 0 5 / ( I O * n d 2 / 4 ) < o [ 2 ] 3 . 1 5 * 1 0 5 * 4 * 3 / ( 4 8 0 * 1 0 6 * n * 1 0 ) < d 2 9 . l m m < d T h e s e l e c t e d b o l t d i a m e t e r i s 1 6 m m . w h e r e s a f e t y f a c t o r i s c o n s i d e r e d , a s I . 7 . T h e n t h e l e n g t h o f t h e b o l t s f o r s i d e p l a t e s t o b e I O O m m . 3 4 5 . 1 2 D e f l e c t i o n o f t h e t u b e s ~ ~ 3 m 3 m 8 = P L I A E [ 2 ] p = 1 t * 0 . 0 6 8 2 / 4 * 3 * 8 7 3 + 1 t ( 0 . 0 7 5 2 - 0 . 0 6 8 6 2 ) / 4 * 3 * 7 7 0 0 = 9 . 5 + 1 6 . 8 = 2 6 . 3 k g = 2 6 3 N 8 = 2 6 3 * 3 / [ n * ( 0 . 0 7 5 2 - 0 . 0 6 8 6 2 ) / 4 * 2 0 0 * 1 0 9 ] = 5 . 5 * 1 0 - 6 m ~ ~ P - F o r c e p e r u n i t a r e a 3 m E - Y o u n g m o d u l a s o f e l a s t i c i t y L - L e n g t h 8 - D e f l e c t i o n T h e r e f o r e d e f l e c t i o n o f t h e t u b e s c a n b e n e g l e c t e d u n d e r t h i s c o n d i t i o n . 5 . 1 3 W e i g h t o f t h e h e a t e r ~ M a t e r i a l o f t h e B o i l e r t u b e s i s " C a r b o n s t e e l " w i t h A S T M , o u t s i d e d i a m e t e r i s 7 5 m m a n d t h i c k n e s s o f t h e t u b e i s 3 . 2 m m . T h e r e f o r e i n s i d e d i a m e t e r o f t h e t u b e i s 6 8 . 3 m m . W e i g h t o f a t u b e = ( 0 . 0 7 5 2 - 0 . 0 6 8 6 2 ) / 4 * 9 * p = 5 0 . 4 k g . C o n s i d e r e d p = 7 7 0 0 k g / m 3 T o t a l w e i g h t o f t u b e s W e i g h t o f b a s e p l a t e W e i g h t o f s i d e p l a t e W e i g h t o f f e e d w a t e r = 5 0 . 4 * 2 6 = 1 3 1 0 . 4 k g = 1 . 8 * 0 . 4 5 * 0 . 0 2 0 * 7 7 0 0 k g = 1 2 5 k g = 1 . 7 5 * 0 . 4 5 * 0 . 0 1 5 * 7 7 0 0 k g = 9 l k g = 0 . 0 6 8 6 2 / 4 * 9 * 1 0 0 0 * 2 6 = 2 7 5 k g 3 5 T o t a l w e i g h t o f p l a t e s = 1 2 5 * 2 + 9 1 * 2 + 2 * 1 . 6 5 * 0 . 3 * 0 . 0 1 2 * 7 7 0 0 = 5 2 3 k g - [ ( n * 0 . 0 7 6 2 2 14 ) * 0 . 0 2 + ( n * 0 . 0 7 6 2 2 14 ) * 0 . 0 1 5 + ( n * 0 . 0 7 6 2 2 14 ) * 0 . 0 1 2 ] * 7 7 0 0 * I 0 * 2 = 5 2 3 k g - 1 7 2 k g = 3 5 1 k g T o t a l w e i g h t o f t h e F e e d w a t e r h e a t e r i s 1 3 1 0 + 3 5 1 + 2 7 5 = 1 9 3 6 k g 5 . 1 4 D e s i g n o f m o u n t i n g p l a t e s W e i g h t o f t h e F e e d w a t e r h e a t e r N u m b e r o f m o u n t i n g p l a t e s F o r c e c o m i n g o n e a c h p l a t e 4 8 4 0 I w * t 4 8 4 0 I 0 . 3 * 3 0 0 * 1 0 6 O . l m m = 1 9 3 6 k g = 4 = 1 9 3 6 0 14 N = 4 8 4 0 N < 3 0 0 * I 0 6 [ 2 ] < t < t ~ T h e r e f o r e , s e l e c t e d d i m e n s i o n s o f t h e m o u n t i n g p l a t e s a r e a s f o l l o w s . T h e r e l e v a n t d r a w i n g s a r e a t t a c h e d i n t h e a p p e n d i x . H e i g h t W i d t h T h i c k n e s s = l . 7 m = 3 0 0 m m = 1 2 m m 3 6 6 . 1 W a t e r h e a t r e c o v e r y & B a g a s s e s a v i n g F e e d W a t e r E x i s t i n g f e e d w a t e r t e m p e r a t u r e = 1 0 5 D e F e e d w a t e r t e m p e r a t u r e f r o m t h e F . W . H . = 1 3 0 D e T e m p e r a t u r e i n c r e m e n t d u e t o F . W . H . = 2 5 D e C h a p t e r 6 R e s u l t s a n d A n a l y s i s J \ l a x i m u m d e s i g n e d f e e d w a t e r r a t e i s 4 5 , 0 0 0 k g / h r p e r b o i l e r . A f t e r i n s t a l l i n g t h e F e e d \ V a t e r H e a t e r , a c c o r d i n g t o t h e c a l c u l a t i o n s . T e m p e r a t u r e o f f e e d w a t e r c a n b e i n c r e a s e d u p r o 1 3 0 ° e f k a t r e c o v e r y f r o m t h e F . W . H . , q = m . c . ( t 2 - t 1 ) = 4 5 , 0 0 0 / 3 6 0 0 * 4 2 0 0 * ( 1 3 0 - 1 0 5 ) q = 1 . 3 1 2 M W h \ ' a l o r i f i c v a l u e o f t h e B a g a s s e i s 8 3 1 4 k J / k g , T h e r e f o r e r e q u i r e d h e a t e n e r g y t o p r o d u c e 3 0 b a r , ;~woe s u p e r h e a t e d s t e a m f r o m 3 5 b a r , 1 0 5 ° e f e e d w a t e r = m * h = 4 5 , 0 0 0 / 3 6 0 0 * 4 2 0 0 * ( h J s o - b i O s ) = 3 4 . 3 7 5 M W h h 1 0 s - 4 5 0 k J / k g h 3 8 D - 3 2 0 0 k J / k g i o p r o v i d e t h i s e n e r g y , r e q u i r e d B a g a s s e r a t e i s 5 . 8 5 k g / s . I f t h e f e e d w a t e r t e m p e r a t u r e i s t n c r e a s e d b y 2 5 ° e , l k a t e n e r g y r e q u i r e d = 4 5 , 0 0 0 / 3 6 0 0 * 4 2 0 0 * ( h 3 s D - h l 3 o ) = 3 3 . 0 6 3 M W h f n e r g y s a v i n g = 3 4 . 3 7 5 - 3 3 . 0 6 3 = 1 . 3 1 2 M W h 3 7 h 1 3 0 - 5 5 4 . 9 6 k J / k g B a g a s s e s a v i n g 5 . 8 5 / 3 4 . 3 7 5 * 1 . 3 1 2 · 0 . 2 2 3 k g / s e c . 0 . 2 2 3 * 3 6 0 0 8 0 4 k g / h r . T h e o u t c o m e o f t h i s r e s e a r c h p r o j e c t i s r e d u c t i o n o f f u e l c o n s u m p t i o n h y i n c r e a s i n g b o i l e r e ! l i c i c n c y . r o l l o \ \ i n g r e s u l t s c a n b e e x p e c t e d a s a r e s u l t o f b o i l e r e f f i c i e n c y i n c r e a s e . E n e r g y s a v i n g d u e t o f e e d \ V a t e r h e a t e r E n e r g y s a v i n g p e r 2 4 h r s . B a g a s s e s a v i n g d u e t o t e e d \ \ a t e r h e a t e r - 1 3 1 2 k W h = 3 1 . 5 M W h ~ 8 0 . . : J . k g / h r . . ; 6 . 2 C o m p a r i n g o f B a g a s s e p r i c e w i t h t h e p r i c e o f f u r n a c e o i l E n e r g y o f 5 k g o f B a g a s s e P r i c e o f I k g o f f u r n a c e o i l T h e r c f ( J r c . p r i c e o f I k g o f B a g a s s e M o n e y s a v i n g d u e t o t h e f . w . h e a t e r ( f o r o n e B o i l e r ) F o r 2 4 h o u r s o p e r a t i o n ~. F n e r o v o f I k o o f f u r n a c e o i l l 5 J o . . . b = R s . 4 0 . 0 0 R s . 8 . 0 0 - c 8 0 4 * 8 . 0 0 - R s . 6 4 3 2 / h r = R s . 1 5 4 , 3 6 8 / d a y 6 . 3 C a l c u l a t i o n o f e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t O u t p u t I I T i c i c n c y I n p u t 3 6 . 6 0 0 k g / h * 3 2 0 0 k . J / k g 2 1 . 0 6 0 k g / h * 8 . 3 1 6 k J / k g 6 7 % E n e r g y o f s u p e r h e a t e d s t e a m E n e r g y o f B a g a s s e 3 8 E n t h a l p y o f s u p e r h e a t e d s t e a m a t 3 8 0 1 1 C i s 3 2 0 0 k . l / k g C a l o r i f i c v a l u e o f B a g a s s e i s 8 . 3 1 6 k J / k g L n c r g y s a v i n g d u e t o f e e d \ \ L t t e r h e a t e r i s 1 3 1 2 k W h . T h e n . t h e B a g a s s e s a v i n g i s 8 0 4 k g i h . 3 6 . 6 0 0 k g 1 h * 3 2 0 0 k . l / k g : - - J c \ \ e f f i c i e n c y - 2 0 . 2 5 6 k g / h * 8 J 1 6 k . J / k g - 7 0 % B o i l e r E f f i c i e n c y / F x i s t i n g B o i l e r e r t i c i c n c : - ( ) T Y o I n c r e a s e i n e f f i c i e n c y 3 % ) B o i l e r e f ! i c i e n c y . d u e t o F.~-.11. 7 0 ( X ) 6 . 4 C a l c u l a t i o n o f m a t e r i a l c o s t & l a b o r c o s t f o r a s i n g l e u n i t I t e m · i p t Q u a n t i t y U n i t P r i c e R s . C o s t R s . i l c t - ; c p l a t e ; , 1 \ ! S :2~()0 * 1 : 2 0 0 . : 2 0 1 1 1 m t h i c k n c : s s O J " - : o ~0.000.00 ~0.000.00 ' S t e i L p l c t k , . 1 1 1 . p l a t e s \ ! S :2~00 · · · I : 2 0 0 . 1 5 m m t h i c k n c : s s 0 1 N o 3~.000.00 3~.000.00 \ \ c t l e r t u b e s S c h c J u l c ~0. 7 5 1 1 1 1 1 1 0 * 9 1 1 1 : 2 ( J ' \ ! O S . : 2 0 . 0 0 0 . 0 0 5 : 2 0 . 0 0 0 . 0 0 , _ _ I c c J 1 1 a t c r p i p e s . S c h c J u l c ~0. I 0 0 1 1 1 1 1 1 ( ) * 6 m 0 I : \ o 2 2 . 0 0 0 . 0 0 2 2 . 0 0 0 . 0 0 < , J c t s s 1 1 o o l 2~00 * 1 : 2 0 0 . d c n s i t : ~~g 1 1 1 1 • . 1 : \ t l S . 6 . 0 0 0 . 0 0 I ~.000 0 0 S 0 1 1 1 m t h i c k . ' - u t s & 1 \ o l t s ( F o r s i d e c o . ) i l l i g h t e n s i l e ) ! ( , 1 1 1 1 1 1 ( ) * I O O m m ( J ( ) : \ o s . I I : ' \ . 0 0 ( J 7 0 1 J ( ) ( ) " u t s & H u l t s ( l m 1 l l i g h t c : n s i k l 2 0 m m 0 " ' h 5 m m 2~ N o s . 1 - H l . O O ] 3 ( 1 0 . 0 1 ) t l l < l l l n t i n g p l a t e s ) . \ l u m i n u m ! ' o i l l m 1 1 i J t h I 0 m 6 0 0 . 0 0 6 . 0 0 1 ) . 0 ( ) h ' P t " C \ c r t s 3 1 1 1 ! 1 1 0 * 7 5 1 1 1 1 1 1 7 0 N o s . 1 . 5 0 I 0 5 . 0 0 I I p r e . p a c k i n g s h e e t s . :2~00 * 1 : 2 0 0 . J m 1 1 1 t h i c k n e s s 0 1 : \ o 1~U50.00 I ~.~50 0 0 I \ a i l c s r P N I ( , _ C l a s s 1 : 2 5 . B S 2 ' ! 0 I ()~Nos. 2 5 A O O . O O I 0 I . ( , 0 0 . 0 0 l I ' · · 1 · · b c c t 1 1 1 1 5 0 1 1 1 m * I 0 0 1 1 1 1 1 1 . 6 1 1 1 T h i c k . 8 m m 0 1 N o 3 0 . 0 0 0 . 0 0 3 0 . 0 0 0 . 0 0 I ~ T o t a l c o s t f o r t h e m a t e r i a l s 8 0 0 , 2 1 5 . 0 0 1 T a b l e 6 . 1 3 9 . J o b I t e m D e s i g n a t i o n M a n H o u r s F o r m a n 3 2 M a c h i n i n g M a c h i n i s t 3 2 H e l p e r s ( 2 ) 3 2 * 2 F o r m a n 2 4 W e l d e r 2 4 F a b r i c a t i o n F i t t e r 2 4 H e l p e r s ( 3 ) 2 4 * 3 F o r m a n 2 4 A s s e m b l i n g W e l d e r 2 4 & F i t t e r 2 4 I n s t a l l a t i o n H e l p e r s ( 3 ) 2 4 * 3 O p e r a t o r 8 T e s t i n g F i t t e r 8 H e l p e r 8 L a b o r c o s t f o r t h e F e e d w a t e r h e a t e r . T a b l e 6 . 2 C a l c u l a t i o n o f f a b r i c a t i o n c o s t f o r a s i n g l e u n i t T o t a l c o s t f o r m a t e r i a l s T o t a l l a b o r c o s t I o t a l c o s t f o r t h e f e e d w a t e r h e a t e r 6 . 5 F a b r i c a t i o n = R s . 8 0 0 , 2 I 5 . 0 0 = R s . 4 7 , 8 4 0 . 0 0 = R s . 8 4 8 , 0 5 5 . 0 0 C o s t ( R s / H o u r s ) C o s t ( R s ) I 4 0 . 0 0 4 4 8 0 . 0 0 I 2 0 . 0 0 3 8 4 0 . 0 0 I O O . O O 6 4 0 0 . 0 0 I 4 0 . 0 0 3 3 6 0 . 0 0 I 2 0 . 0 0 2 8 8 0 . 0 0 I 2 0 . 0 0 2 8 8 0 . 0 0 I 0 0 . 0 0 4 8 0 0 . 0 0 " I 4 0 . 0 0 3 3 6 0 . 0 0 I 2 0 . 0 0 2 8 8 0 . 0 0 I 2 0 . 0 0 2 8 8 0 . 0 0 I 0 0 . 0 0 7 2 0 0 . 0 0 I 4 0 . 0 0 I 1 2 0 . 0 0 1 2 0 . 0 0 9 6 0 . 0 0 I O O . O O 8 0 0 . 0 0 R s . 4 7 , 8 4 0 . 0 0 ! h e u n i t c a n b e f a b r i c a t e d u s i n g a v a i l a b l e m a t e r i a l s a t t h e p l a n t . R e q u i r e d m a t e r i a l s w i t h t h e i r - ; p e c i f i c a t i o n s c a n b e f o u n d w i t h o u t a n y d i f f i c u l t y . C l o s e s u p e r v i s i o n i s n e c e s s a r y d u r i n g t h e t~thrication. A l l t h e s t e a m t u b e s t o b e e x p a n d e d u s i n g " T u b e e x p a n d e r " a n d d u r i n g t h e s e l p e r a t i o n s b a s e p l a t e s m u s t n o t b e d a m a g e d . A l l t h e l i m i t a t i o n s s h o u l d b e k e p t a n d l i m i t s a n d 4 0 t o l e r a n c e s s h o u l d n o t b e v i o l a t e d . A n y m i s t a k e s d u r i n g t h e f a b r i c a t i o n c o u l d c a u s e f o r w a t e r l e a k s , d u e t o h i g h - p r e s s u r e o p e r a t i o n . H o l e s f o r t h e w a t e r t u b e s t o b e d r i l l e d o n t h e b a s e p l a t e s a n d t h e c e n t e r p l a t e s . T h i s c a n b e d o n e u s i n g 7 6 m m d r i l l b i t o r d i r e c t l y h o l d i n g o n h e a v y l a t h e m a c h i n e a v a i l a b l e a t P e l w a t t a S u g a r f a c t o r w o r k s h o p . W e l d i n g p r o c e d u r e s t o b e f o l l o w e d m u l t i p l e w e l d i n g a n d f i n a l l y t h i s w e l d i n g s h o u l d b e e x a m i n e d u s i n g " U l t r a s o n i c f l o w d e t e c t o r a v a i l a b l e a t f a c t o r y . A p p r o p r i a t e w e l d i n g r o d s s h o u l d b e s e l e c t e d t o s u i t t h e m a t e r i a l a n d p l a t e t h i c k n e s s . J 6 . 6 I n s t a l l a t i o n T h e u n i t s h o u l d b e t e s t e d b e f o r e t h e i n s t a l l a t i o n . B y p r e s s u r i z i n g t h e u n i t u s i n g w a t e r b y h y d r a u l i c p u m p u p t o 4 5 b a r s i s s u f f i c i e n t f o r t e s t i n g . B y u s i n g a m o v a b l e c r a n e t h i s u n i t c a n b e k e p t a t t h e d e s i g n e d l o c a t i o n . A s s e m b l i n g c a n b e d o n e , w h e r e t h e e c o n o m i z e r i s m o u n t e d a n d t h e n t u b e e x p a n s i o n s c a n b e c a r r i e d o u t t h e r e . 5 T o n c h a i n b l o c k t o b e u s e d f o r t h e h a n d l i n g p u r p o s e s . A p p r o v a l t o b e t a k e n f r o m a n a u t h o r i z e d B o i l e r i n s p e c t o r b e f o r e t h e i n s t a l l a t i o n ; i n s p e c t i o n r e p o r t s r e g a r d i n g c a l c u l a t i o n s , t h i c k n e s s t e s t i n g , a n d w e l d i n g t e s t i n g c e r t i f y i n g b y q u a l i f i e d N o n d e s t r u c t i v e T e s t e r W i l l b e v e r y h e l p f u l f o r t h i s . R e - m o d i f i c a t i o n o f e x i s t i n g a i r d u c t t o b e d o n e b e f o r e m o d i f i c a t i o n , s u c h a s e x t e n d i n g h e i g h t o f t h e a i r d u c t b y 0 . 6 m , b o i l e r f i r e b r i c k w a l l e x t e n d i n g e t c . 4 1 C h a p t e r 7 C o n c l u s i o n s M a i n o b j e c t i v e o f t h i s p r o j e c t w a s t o l o o k i n t o t h e p r o c e s s o f t h e s u g a r i n d u s t r y t h e r e b y t o s t u d y o n t h e p o s s i b l e e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t s i n t h e b o i l e r w h i c h i s a c o m p o n e n t o f t h e p r o c e s s . T h r o u g h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s s t u d y i t i s c o n c l u d e d t h a t e f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t & e n e r g y s a v i n g i s a c h i e v a b l e b y t h e m o d i f i c a t i o n o f t h e b o i l e r p r o c e s s b y i n t r o d u c i n g a f e e d w a t e r h e a t e r . W i t h a s s u m p t i o n s a n d a p p r o x i m a t i o n s m e n t i o n e d i n e a c h s t a g e o f t h e e v a l u a t i o n f o l l o w i n g i m p r o v e m e n t s a r e p o s s i b l e . • 1 6 0 8 t o n s / h r , B a g a s s e c a n b e s a v e d . • F e e d w a t e r t e m p e r a t u r e c a n b e i n c r e a s e d b y 2 5 ° C . • T h i s w i l l i n c r e a s e b o i l e r e f f i c i e n c y b y 3 % . • F i n a l b o i l e r e f f i c i e n c y w i l l b e 7 0 % . • T h e r e f o r e n o a n y f u r n a c e o i l i s r e q u i r e d t o r u n t h e p l a n t . • U s i n g s u r p l u s b a g a s s e , s t e a m t u r b i n e c a n b e r u n t o p r o d u c e e l e c t r i c i t y d u r i n g o f f s e a s o n ( 9 0 d a y s ) . • T h i s w i l l r e d u c e d i e s e l c o n s u m p t i o n b y 3 5 0 M T . • E m i s s i o n s a l s o c a n b e r e d u c e d . • C o s t f o r i m p l e m e n t a t i o n o f F e e d W a t e r H e a t e r i s 2 . 7 m i l l i o n L K R . • A n n u a l s a v i n g i s 5 4 . 2 m i l l i o n L K R . F i n a l l y , a b o v e i m p r o v e m e n t s w i l l b e s i g n i f i c a n t f o r t h e o r g a n i z a t i o n t o e n h a n c e i t s p r o d u c t i v i t y . T h e o u t c o m e s d u e t o t h i s p r o j e c t a r e a l s o s i g n i f i c a n t a n d b e n e f i t t o m y c o u n t r y a n d t o t h e n a t i o n . 4 2 7 . 1 T i m e P l a n B a c k g r o u n d S t u d y o f t h e S u g a r p r o c e s s A n a l y s i s o f t h e p a s t p l a n t d a t a i n t h e S u g a r A n a l y s i s o f t h e p r e s e n t p l a n t d a t a i n S u g a r t h e n r o c c s s R e s u l t s A n a l y s i s & B u i l d i n g u p t h e R e q u i r e d d e s i g n S t u d y o n f u r t h e r D e v e l o p m e n t s W r i t i n g t h e D i s s e r t a t i o n P r e s e n t a t i o n M a t e r i a l s & P r e s e n t a t i o n 7 . 2 R e f e r e n c e s F c h ' 0 9 M a r ' 0 9 A p r ' 0 9 l \ 1 a y ' 0 9 J u n ' 0 9 J u l ' 0 9 A u g ' 0 9 S c r ' ( ) 9 O c t ' 0 9 I . D R . K . L Y A D A O . ' ' T H E R M A L E N G I N E E R I N G ' ' , K H A N N A P U B L I S H E R S . 2 - B . N A T H M A R K E T . N A I S A R K D E L H I 1 1 0 0 0 6 . 2 . M E C H A N I C A L E N G I N N E R ' S H A N D B O O K D R . S A D H U S I N G H , K A N N A P U B L I S H E R S . 2 N D E D I T I O N . 2 0 0 3 . I \ e n " 0 9 D e c " I I Y 3 . B A G A S S E C O M B U S T I O N I N S U G A R M I L L S . E P A - 4 5 0 / 3 - 7 7 - 0 7 7 . U . S . E N V I R O N M E N T A L P R O T E C T I O N A G E N C Y , R E S E A R C H T R I A N G L E P A R K N C J A N U A R Y 1 9 7 7 . 4 . T H E R M O D Y N A M I C A N D T R A N S P O R T P R O P E R T I E S O F F L U I D S . S I U N I T S . A R R A N G E D B Y , Y . R . M A Y H E W A N D G . F . C . R O G E R S , S E C O N D E D I T I O N . O X F O R D . B A S I L B L A C K 4 3 , , '~ ' \~· 5 . A N N U A L R E P O R T S , P E L W A T T E S U G A R I N D U S T R I E S L I M I T E D , B U T T A L A , M O N A R A G A L A , S R I L A N K A . 6 . B O I L E R & P R O C E S S M A N U A L S , B O I L E R L O G B O O K S , F A C T O R Y D E P A R T M E N T , P E L W A T T E S U G A R I N D U S T R I E S L I M I T E D , B U T T A L A , M O N A R A G A L S R I L A N K A . J 4 4 , \ . A i r P r e - H e a t e r A s s e m b l y D r a w i n g 1 · 3 1 2 5 1 5 5 0 1 3 7 5 . J G . ~~ r t h U l ' l ' E l < I D R L M I~ { \ \ ~ I I I I I I I 1 1 1 I I I I l l l l l h f \ ~ 8 7 L J b B X 1 2 $ t 1 2 t H v I I I I I I I I I I I I I ~II I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 I rr::NJN!I\'\\0]1._~­ H'l fl ,[ [1)\l<;~ t----fr'-; ~ 1-1 ltl IF= Fl tt 1-1 tl ' .'lDL!i d -Hid~,~-JlJ,l lll'!ilH }II{!;.............._ rf tJ- A~~ \ ~~ ~ 1/ r~ r ,r: ~ bl ~K ~ ,--1---, \ r~ ~ ~K ~ 1/ 11---, I \ ~~ ~h r~ ~ 1---, ~ ~~ f-J ~=::::_ -'----·· 1-1-1-1 fJ,.[ 0>! (1\1 p ~ "'I' Ill "' So F Bo .. ~ .. ~ iO ~ >(l~ ~\," '>!llJlLlJJl\'.1\ FI-ll:';['\\') 'll\'1<1 Sh :iHl ~~ I llH'' lH:U ~iH! ''~ IJV"ld Hl.J .\: ~ l 1.<-'ld'llil'-l- r-{ f} ~ ~~ 0 ~ v ~ v I !u-;;t Jf r 1---, ~k ~ f-J t~: 1\ rl\ r "k ~ v 1\ ·~ r C• "K ~h rl---, 1/ ~v !------=== lr; _j It\ v ~ v liVId ,r ,,.;">IIIII r 1\ '"' "k ~ v ~0 ~ r ~ ~k ~ v ~D~ tJ- _l~ rl\ ' {~ ~' ~k ~J ,~---, r {~ ~1---, ~K r ~f-J rh I ~ ~I\ ' t< k ~v ~ 0 I -lE ~ "' ~ 7 ___l -= .. =:::: - ' ·~ '" .,· [ .. '-_' " •• ,,, '''·' ,,, I>• ',, '!T:": 1."11"1·nm I . .. ... ~i .. ] ~--~ '' " '"' "' 1-;--1 ,,, "'' ,,,, j. ,., !I . 1-·--·---~·~+ll ~~J _I .I