CC BY
42
УДК 532.5.001.57: 66.096.5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ ДЛЯ КОТЛОАГРЕГАТА МАЛОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Ю.Н. Агапов, В.Г. Стогней, М.А. Хаустов, С.И. Некрасов
Получены эмпирические критериальные зависимости для минимальной скорости ожижающего газа, порозности, гидравлического сопротивления и массового расхода твердой фазы насадки регенеративного воздухоподогревателя
Ключевые слова: воздухоподогреватель, псевдоожиженный слой, ожижающий газ, порозность,
гидравлическое сопротивление, массовый расход
Необходимым условием интенсивного развития экономики является надежное функционирование топливно-энергетического комплекса страны, составной частью которого являются системы теплоснабжения. Повышенный в последнее время интерес к системам децентрализованного теплоснабжения,
объясняемый малой протяженностью или даже полным отсутствием тепловых сетей,
предусматривает широкое использование котлоагрегатов малой производительности. Одним из недостатков, применяемых в настоящее время чугунных и стальных котлоагрегатов является их низкий КПД, что определяется большими потерями теплоты с уходящими газами. Однако при разработке мероприятий по уменьшению этих потерь возникает вопрос о направлениях использования этой теплоты. Как показал проведенный анализ [1], наибольшего внимания заслуживает регенеративный подогрев воздуха, поступающего на горение. Эффективность использования воздухоподогревателя во многом определяется типом теплообменного аппарата, применяемого для этих целей. На основании технико-экономических расчетов было показано [2], что для котлоагрегатов малой производительности следует использовать регенеративные воздухоподогреватели с
циркулирующим псевдоожиженным слоем
промежуточного теплоносителя (насадки).
Принципиальная схема такого аппарата показана на рис. 1.
А-А
Газ^
!■
Воздух
!■
Воздух
Агапов Юрий Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 43-76-62
Стогней Владимир Григорьевич - ВГТУ, канд. техн. наук, профессор, тел. (4732) 43-76-62 Хаустов Максим Анатольевич - ВГТУ, соискатель, тел. (4732) 43-76-62
Некрасов Святослав Иванович - ВГТУ, студент, тел. (4732) 43-76-62
Рис. 1. Принципиальная схема воздухоподогревателя
2
2
Теплообменник работает следующим образом. Под динамическим воздействием потока воздуха, подаваемого в кольцевую камеру 1 снизу вверх, дисперсный материал псевдоожижается, перемещаясь по решетке 2 в сторону ее подъема и собирается в газоплотном желобе 3. Затем через переточное окно 4 насадка попадает на решетку 5 цилиндрической газовой камеры, через которую сверху вниз подаются продукты сгорания топлива. Движение насадки по наклонной решетке 5 происходит под действием собственного веса частиц насадки в режиме пневможелоба. Достигнув нижнего края решетки, насадка через переточное окно 6 попадает в кольцевую камеру 1, где движение ее повторяется. Движение дисперсных материалов в режиме пневможелоба в настоящее время хорошо изучено [4], вместе с тем в литературе практически отсутствуют данные по гидродинамике псевдоожиженного слоя, перемещающегося снизу вверх вдоль наклонной полукольцевой газораспределительной решетки. Располагаемый объем информации о структуре и свойствах такого слоя не позволяет получить аналитические зависимости для определения таких его параметров как минимальная скорость ожижающего газа, порозность, гидравлическое сопротивление слоя и массовый расход твердой фазы. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования. Опыты проводились на установке, описанной в [1]. Для измерения массового расхода твердой фазы воздушная камера экспериментального
теплообменника была оборудована дополнительно загрузочным и приемным бункерами и движение насадки происходило по разомкнутой схеме. Наклон газораспределительной решетки обеспечивался наклоном всего аппарата под углом от 5° до 30°, а угол наклона лопаток в газораспределительной решетке составлял 30°.
Эксперименты проводились в следующей последовательности. Определенная масса дисперсного материала засыпалась в загрузочный бункер и включался вентилятор. При фиксированном расходе воздуха открывался шибер бункера, при этом дисперсный материал псевдоожижался и перемещался вдоль наклонной полукольцевой газораспределительной решетке в приемный бункер. В процессе исследования измеряли минимальную скорость ожижающего газа, гидравлическое сопротивление слоя, среднюю высоту слоя и время движения дисперсного материала. По результатам измерений вычисляли порозность псевдоожиженного слоя и массовый расход твердой фазы.
Обработка полученных результатов производилась в безразмерном (критериальном) виде методом наименьших квадратов с помощью программного обеспечения 81аЙ811ка. В результате аппроксимации были получены следующие эмпирические соотношения:
- для минимальной скорости ожижающего газа:
Яе' = 7,98Ат0
81П у 008 в
(1)
- для порозности слоя:
( Л0’19 *. 0,6°(|} ;
- для гидравлического сопротивления слоя:
(р } °’62
Ей = 0,01Яе°’25 Ет0Д5
Рт
Рг
- для массового расхода твердой фазы:
(р } 2’00
^Г ОТ
= 0,16 Яе-185 Ет0 25
Рт
Рг
(3)
(4)
Формулы (1) - (4) получены при условии:
438043,3 < Ат < 9014356,0; 0,100 < I -81П^ I < 0,578;
1,000 <
Ч}
\иг )
008 в,
< 5,568; 433,327 < Яе < 3587,500;
310,031 < Ет < 3647,925; 1300 <
(' Рг_ Л Рг
< 2375 .
Некоторые результаты опытных и расчетных по полученным формулам данных представлены на рис. 2-5.
1000000 3000000 5000000 7000000 9000000
А-
Рис. 2. Зависимость Яе' от Лг ° - эксперимент
---- - расчет по (1) при I 81П У } = 02
^008 в) ’
иг/и’г
Рис. 3. Зависимость 8 от иГ / и'Г . ° - эксперимент
--- - расчет по (2)
0,71
Ur
Рис. 4. Зависимость AP от U
Г
° - эксперимент
---- - расчет по (3) при
d3 = 2,03мм; рТ = 1560кг/М
Ur
Рис. 5. Зависимость G / GT от иГ ° - эксперимент
---- - расчет по (3) при
d3 = 2,03мм; рТ = 1560кг/м
Отклонение опытных данных от расчетных по эмпирическим формулам (1)-(4) не превышает 17 %.
Полеченные соотношения являются научной базой для разработки методики инженерного расчета исследуемого воздухоподогревателя.
Список обозначений и'Г — минимальная скорость ожижающего газа, м / с;
иГ — скорость ожижающего газа, м / с;
4Э — эквивалентный диаметр частиц насадки, м ; V Г — кинематический коэффициент вязкости,
м2 / с ;
g — ускорение свободного падения, м / с2; рГ , рТ — плотность газа и частиц насадки,
кг / м3;
ЛР — гидравлическое сопротиление псевдоожиженного слоя, Па;
в — угол наклона лопаток газораспределительной решетки, рад;
у — угол наклона газораспределительной решетки, рад;
sd3(о ^ Ar = ^ р -1
рг
Re =-
Г
иГ d„
— критерий Архимеда;
_ критерий Рейнольдса;
Fr = —Г-------критерий Фруда;
Sd э
иГ dЭ
Re' =
'Г “Э
_ минимальный критерий
V
Г
Рейнольдса;
S _ порозность псевдоожиженного слоя; AP
Eu = ■
_ критерий Эйлера;
Ргиг
GГ — массовый расход воздуха, кг / с;
ОТ — массовый расход твердой фазы, кг / с.
Литература
1. Агапов Ю.Н., Стогней В.Г., Хаустов М.А. Повышение эффективности котлоагрегатов систем автономного теплоснабжения / Вестник ВГТУ. Том 5. № 4. 2009.- С. 11-13.
2. Агапов Ю.Н., Стогней В.Г., Хаустов М.А. Выбор и обоснование конструкции воздухоподогревателя для котлоагрегата малой производительности / Промышленная энергетика. № 12. 2009. - С. 45-48.
3. А.С. 1183816 СССР Регенеративный
теплообменник / Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков, А.В. Жучков, А.В. Санников (СССР) № 3623466/24-06; Заявл. 18.07.83. Опубл. 15.10.85, бюл. № 38. -3 с.
4. Урбан Я. Пневматический транспорт. - М.: Машиностроение, 1967. - 258 с.
Воронежский государственный технический университет
EXPERIMENTAL RESEARCH OF HYDRODYNAMICS REGENERATIVE AIR HEATER IN SMALL PRODUCTIVITY CALDRON SETTING U.N. Agapov, V.G. Stognei, M.A. Haustov, S.I. Nekrasov
As a result of work got empiric criterion dependences are got for minimum speed of fluidizing gas, n0p03H0CTH, hydraulic resistance and mass expense of the pseudofluidized layer of attachment of regenerative air heater
Key words: air heater, pseudofluidized layer, fluidizing gas, value of pores, hydraulic resistance, mass expense
