CC BY
175
УДК 621181 А. В. СОКОЛОВ
В. С. БЕЛОУСОВ А. Ю. БОЛЬШИХИН
Уральский государственный технический университет- УПИ им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПОСЛЕ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ
ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ_____________________________
В работе представлено аналитическое решение задачи о неравномерном распределении температуры газов после регенеративного вращающегося воздухоподогревателя (РВП). Показано, что имеет место значительный градиент температуры в выходном сечении. Результаты работы позволяют сделать выводы о возможности использования теплоты части уходящих газов для промышленных и бытовых целей.
Ключевые слова: паровой котел, температура газов, регенеративный вращающийся воздухоподогреватель, тепловой поток, металлическая набивка.
В паровых котлах с регенеративными вращающимися воздухоподогревателями (РВП) отбор газов на рециркуляцию выполняют за водяным экономайзером. Температура газов на входе в РВП достигает 350...400°С. На выходе из РВП температура газов остается достаточно высокой, что позволяет использовать теплоту этих газов как для котельной установки, например, для рециркуляции части уходящих газов в топку котла, так и для возможного внешнего потребителя теплоты. Конструкция РВП представлена на рис. 1.
Вследствие нестационарности процесса теплообмена в РВП характер изменения температур газов, воздуха и набивки в виде металлических листов различного профиля различен в периоды нагрева и охлаждения.
Как следует из практического опыта [1], на выходе из газовой части РВП в сечении, перпендикулярном к ротору, имеет место заметная разность температур газов: температура газов по периметру выходного сечения потока возрастает в направлении вращения ротора из-за уменьшения теплового потока, передаваемого от газов к набивке. Это позволяет выделить условно «высокотемпературную» часть уходящих газов, а «низкотемпературный» поток газов направить в дымовую трубу.
Распределение температур газов на выходе из РВП описывается решением системы дифференциальных уравнений теплопроводности в горячей и холодной половинах РВП с соответствующими условиями однозначности. Аналитическое решение такой задачи было предложено в [2], но с большим количеством допущений, не всегда, с нашей точки зрения, оправданных. Точное решение такой системы уравнений может быть получено только численными методами. В нашей работе распределение температур оценивалось на основе интегральных балансов тепловых
потоков, записанных для одного канала, образованного листами набивки:
X
аР /АТ (х)^ = М яся [Т„ (х)- Тт ]
0
х х
ар / АТ (х)Л = М гсргТ01 - Мгсрг / Тг1 (-с)*.
0 0
Решение полученной системы в предположении, что распределение температуры газа по высоте набивки линейно, имеет вид:
тг1 =(ты - та) е^х+ та,
2аРМ гсрг где У = М нсн (аР + 2М гсрг)'
В этих формулах а — коэффициент теплоотдачи; Б — площадь поверхности набивки по высоте канала; т — время нахождения набивки в газовой части РВП; АТ(т) — разность средних по высоте температур газов и набивки в момент времени т; Мн — масса набивки в одном канале; сн — теплоёмкость набивки; Тн(т) — средняя по высоте температура набивки в момент времени т; Тно—средняя по высоте температура набивки в начальный момент времени; Мг — массовый расход газов через РВП; срг — теплоёмкость уходящих газов; Тг1 — температура газов на выходе из РВП.
Также были приняты следующие граничные условия: То1 — температура газов на входе в РВП, То1 — температура газов на выходе из РВП в момент т = 0. Расчет коэффициента теплоотдачи от газов при движении в канале набивки в турбулентном режиме выполнялся по критериальной зависимости
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
Рис. 1. Конструкция РВП а) схема движения теплоносителей в РВП; б) листы металлической набивки, в) сегмент набивки с листами: 1-корпус РВП, 2-ротор, 3-периферийные уплотнения, 4-вал, 5-газовые короба, 6-подшипники, 7-радиальные уплотнения, 8-электродвигатель с шестерней, 9-воздушные короба
Рис. 2. Профиль набивки холодного слоя
Рис. 3. Распределение температур уходящих газов в выходном сечении РВП
Ыы = 0,023 Яе0’8 • Рг0’43,
где
Яе =
w • d
— число Рейнольдса; Рг = 0,67 — чис-
V
4Р
ло Прандтля; а экв =~п — эквивалентный диаметр, рассчитанный по геометрии элемента набивки. Профиль элемента набивки представлен на рис.2.
Теплопроводность и вязкость газов определялись по их средней температуре.
Частота вращения ротора принималась по эксплуатационным данным равной 2 об/мин.
Полученное решение приведено для воздухоподогревателя РВП-68, имеющего следующие технические характеристики:
высота горячего /холодного слоя — 1,18/0,62 м; толщина листа набивки горячего/холодного слоя — 0,63/1,2 мм;
радиус ротора — 3,15 м;
площадь сечения для прохода газа в РВП —13,75 м2. Распределение температуры газов на выходе из РВП при работе котла ТГМП-114 на газе и мазуте представлено на рис.3.
Рассмотренное решение может быть применено и для других типоразмеров РВП. Таким образом, экономическую эффективность котельного агрегата можно повысить, если дымовые газы отбирать из зоны с повышенной температурой, исключив возможность их перемешивания с низкотемпературной частью. Конструктивно в патрубке на выходе дымовых газов из РВП устанавливается разделяющая перегородка из листовой стали толщиной 4.5 мм, которая располагается по всей ширине потока дымовых газов и отделяет высокотемпературную зону потока дымовых газов. Из отгороженной перегородкой зоны, где дымовые газы имеют наибольшую температуру, и осуществляется их отбор для дальнейшего использования этой теплоты.
После использования теплоты газы смешиваются с потоком низкотемпературной части уходящих газов и направляются в дымовую трубу. В этом случае средняя температура газов перед дымососом сни-
жается. Однако необходимо учитывать и тот факт, что температура уходящих газов на входе в дымовую трубу не должна быть ниже 80.85 °С во избежание образования конденсата на внутренней поверхности футеровки.
Практическое значение полученных результатов заключается в предлагаемых вариантах использования описанного нами метода:
1. Использование высокопотенциальных уходящих газов за РВП в качестве доли газов рециркуляции. Однако здесь необходимо учесть недоотпуск теплоты в топку котла по сравнению с полным отбором газов рециркуляции после водяного экономайзера, либо между пакетами пароперегревателя.
2. Подогрев холодного воздуха перед РВП условно высокотемпературной частью уходящих газов в отдельном теплообменнике. Тем самым можно существенно уменьшить использование прямой сетевой воды в калориферах для подогрева холодного воздуха перед РВП. За счет этого решения можно передать дополнительную тепловую нагрузку.
3. Подогрев высокотемпературной частью уходящих дымовых газов добавочной (сырой) воды перед химводоподготовкой для восполнения потери и утечки теплоносителя как в цикле станции, так и в теплосети.
4. Использование теплоты высокопотенциальных уходящих газов для подогрева воды, служащей в качестве отопления хозяйств (теплицы), предъявляющих низкие требования к параметрам сетевой воды.
На наш взгляд, наиболее востребованным и рациональным вариантом использования теплоты высокопотенциальных дымовых газов может быть подогрев добавочной воды для восполнения потерь в цикле тепловой электрической станции. Нами был просчитан такой вариант на примере одной из ТЭС Свердловской области. В настоящее время для подогрева сырой воды в количестве 90 т/ч, а это примерно 80% нужд всей станции мощностью 1200 МВт отбирается пар из турбины с параметрами Р=3 бар, I = 133°С. По нашим расчетам подогрев такого расхода воды с 4 до 30°С в зимнее время обеспечат четыре теплообменника, греющей средой которых будут высокопотенциальные уходящие газы рис.4. Температура
Рис. 4. Схема подогрева подпиточной воды «высокотемпературными» уходящими газами
газов на входе в теплообменник составит 125°С, на выходе 100°С, температура газов после смешения с низкотемпературным потоком также составит около 100°С. При этом пар который ранее отбирался из турбины может быть направлен в сетевой подогреватель нижней ступени, работающий при более низких параметрах. Таким образом, дополнительное количество пара также сработает в теплофикационном режиме, что приведет к повышению экономичности комбинированной выработке тепловой и электрической энергии. В этом случае экономия природного газа составит 1, 24 млн нм3/год.
Новизна настоящей работы заключается в нахождении распределения температуры уходящих газов, которое позволило выделить высокотемпературную и низкотемпературную части. За счет использования теплоты уходящих газов с повышенной температурой средняя температура газов, уходящих в дымовую трубу, понижается, что приводит к повышению экономичности работы котельного агрегата.
Библиографический список
1. Новожилов Ю.Н. Схемы рециркуляции дымовых газов в котлах с вращающимися регенеративными воздухоподогревателями, Промышленная энергетика, 2002, №7 с. 29 — 31.
2. Хаузен Х. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе. М.: Энергоиздат, 1981. — 384 с.
СОКОЛОВ Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции».
БЕЛОУСОВ Виктор Семёнович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической теплотехники.
БОЛЬШИХИН Александр Юрьевич, студент 5-го курса, группа Т-55014.
Адрес для переписки: e-mail: bolshihin@mail.ru
Статья поступила в редакцию 31.05.2010 г.
© А. В. Соколов, В. С. Белоусов, А. Ю. Большихин
Информация
Целевые конкурсы 2011 года
Российский гуманитарный научный фонд (РГНФ) объявляет целевые конкурсы 2011 г. по подготовке и изданию книг (вид конкурса — «а»):
— «Энергетика и геополитика»;
— «Россия в полицентричном мире»;
— «Модернизация России: социально-гуманитарные измерения»;
— «Россия в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Целью конкурса является поддержка междисциплинарных исследований, результатом которых должна стать книга, состоящая из 5—10 разделов (докладов) (объемом до 30 — 40 с.), базирующаяся на комплексных междисциплинарных исследованиях по основным направлениям гуманитарных наук и формулирующая целостную программу первоочередных и долгосрочных мероприятий и конкретные предложения по этим направлениям. Объем приложений к докладам не ограничивается.
Фонд объявляет конкурс (проект) на 1 грант размером 30000 тыс. руб.
Сроки подачи заявок — до 15 декабря 2010 г. (включительно).
Источник: http://www.rsci.ru/grants/grant_news/258/227728.php (дата обращения 17.11.10)
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
