CC BY
7УДК 62
В.В. Жовнер, Н.В. Журавлева ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ УТИЛИЗАТОРОВ ТЕПЛА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ
В этой статье рассматриваются вопросы утилизации теплоты уходящих газов. Использование теплоты уходящих дымовых газов и скрытой теплоты парообразования водяных паров называется методом глубокой утилизации теплоты дымовых газов. Для интенсификации теплоотдачи разработаны различные конструкции оребренных труб.
Ключевые слова: теплота уходящих газов, дымовые трубы, теплообменник, оребренные трубы, эффективность теплообмена.
Одним из основных направлений развития систем теплоснабжения, определенных законом «О теплоснабжении», является внедрение утилизаторов тепла уходящих газов. Так как в себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой предприятиями коммунальной энергетики, затраты на природный газ составляют более 70 %, одной из основных задач является повышение эффективности использования природного газа в котельных установках. А самыми весомыми потерями при эксплуатации котельных установок являются потери тепла с уходящими газами, которые составляют 6 - 8 % при температуре уходящих газов 120 - 200 °С.
На сегодняшний день подавляющее большинство водогрейных и паровых котельных агрегатов в нашей стране, сжигающих природный газ, не оснащены установками, использующими теплоту уходящих газов. Температуру уходящих дымовых газов за котлом принимают не ниже 120-200°С по двум причинам: для исключения конденсации водяных паров на боровах, газоходах и дымовых трубах и для увеличения естественной тяги, снижающей напор дымососа. При этом теплоту уходящих газов и скрытую теплоту парообразования водяных паров можно полезно использовать. Использование теплоты уходящих дымовых газов и скрытой теплоты парообразования водяных паров называется методом глубокой утилизации теплоты дымовых газов. В настоящее время существуют различные технологии реализации данного метода. Метод глубокой утилизации теплоты дымовых газов позволяет увеличить КПД топливопотребляю-щей установки на 2-5%, что соответствует снижению расхода топлива на 4-5 кг удельного топлива на 1,163 Мвт выработанного тепла. При этом температура уходящих дымовых газов непосредственно влияет на значение q2 - потери тепла с уходящими газами, одной из основных составляющих теплового баланса котла. Например снижение температуры уходящих дымовых газов на 40°С при работе котла на природном газе и коэффициенте избытка воздуха 1,2 повышает КПД котла брутто на 1,9%. При этом не учитывается скрытая теплота парообразования продуктов сгорания. Различают низшую и высшую теплоту сгорания топлива. Низшая теплота сгорания меньше высшей на то количество тепла, которое затрачивается на испарение воды, образующейся при сгорании топлива, а также влаги, содержащейся в нем. Для природного газа: в дымовых газах, образуемых при его сжигании, содержатся пары воды, занимающие в дымовых газах объем до 19%; высшая теплота его сгорания превышает низшую ориентировочно на 10%.
Для повышения работоспособности дымовых труб, через которые дымовые газы выбрасываются в атмосферу, необходимо, чтобы пары воды, находящиеся в дымовых газах, не начали конденсироваться в дымовых трубах при самых низких температурах окружающей среды.
В результате принято выбрасывать в атмосферу дымовые газы вместе с парами воды при температуре выше 100°С, а теплоту парообразования, так как она не используется в теплообменных процессах, считать паразитной. Поэтому длительное время для упрощения тепловых расчетов всевозможных термических печей, в том числе водогрейных и паровых котлов, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.
Проблема интенсификации работы теплообменных аппаратов связана с выравниванием термических сопротивлений на противоположных сторонах теплообменной поверхности. Этого достигают либо увеличением поверхности теплообмена (например, оребрением ее со стороны теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи а), либо увеличением а рациональным подбором гидродинамики теплоносителя. В теплообменниках, с передачей теплоты от жидкости в трубном пространстве к вязкой жидкости или газу в межтрубном пространстве, коэффициент теплоотдачи а с наружной стороны на порядок
© Жовнер В.В., Журавлева Н.В., 2020.
Научный руководитель: Шеногин Михаил Викторович - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 2-3 (101)
меньше, чем с внутренней стороны. Естественно, что применение гладких труб в таких теплообменниках приводит к резкому увеличению их массы и размеров. Поэтому для интенсификации теплоотдачи разработаны различные конструкции оребренных труб. Установлено, что оребрение увеличивает не только поверхность теплообмена, но и а от оребренной поверхности к теплоносителю за счет турбулизации потока ребрами. При этом надо учитывать возрастание затрат на прокачивание теплоносителя. Спиральное ореб-рение труб достигается пластической деформацией толстостенной трубы или навивкой ленты на ребро с последующей пайкой. Следует отметить различия в условиях обтекания пучков из трубок с поперечными и спиральными ребрами. При поперечном обтекании труб с круглыми поперечными ребрами теплоноситель движется параллельно плоскостям ребер, а при спиральных ребрах поток рассекается винтовой поверхностью. Поэтому коэффициент теплоотдачи больше у труб со спиральными ребрами, чем у труб с круглыми ребрами. Различают два вида труб - с высокими и с низкими ребрами. Получение труб с высокими ребрами (Н > 3,5 мм) удается осуществить при использовании трубок из сравнительно мягких пластичных материалов (медь, алюминий и др.). При этом оребренная поверхность в 5-18 раз превосходит поверхность гладкой трубы, диаметр которой совпадает с диаметром трубки несущего оребрения. Применение таких трубок целесообразно в условиях, когда на стороне оребрения коэффициент теплоотдачи в несколько раз меньше, чем на внутренней поверхности. Получение труб с низкими ребрами осуществляют методом накатки, аналогично накатке резьбы, и может быть выполнено на стальных трубах.
Труба оребренная представляет собой сложную конструкцию, каждый элемент которой выполняет особую функцию: внутренняя трубка служит несущим элементом, устойчивым к воздействию избыточного давления и воздействию коррозии, а внешние алюминиевые рёбра, в следствие развитой поверхности, обеспечивают хорошую теплопередачу от продуктов сгорания к воде. Оребренная труба представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Оребренная труба
Ребро накатных труб достаточно жесткое и позволяет обеспечить отличный тепловой контакт между ребром и несущей трубой при температурных расширениях. Профиль ребра не одинаков по своему сечению и рассчитан таким образом, чтобы теплопередача осуществлялась по всей высоте ребра. Изменяя параметры инструмента: шаг между рёбрами и высоту ребра возможно выполнение других коэффициентов оребрения на несущей трубе с диаметром от 20 мм до 38 мм в зависимости от конкретно заданных условий работы теплообменника, полученных при тепловом расчёте. Если термическое сопротивление определяется трубным пространством, то применяют различные устройства, турбулизирующие внутренний пограничный слой. Это различного рода вставки (спирали, диафрагмы, диски), а также насадки (кольца, шарики), помещаемые в трубу. При этом возрастает гидравлическое сопротивление трубы.
Использование оребренных труб позволяет повысить эффективность теплообмена за счет многократного увеличения наружной поверхности труб. Также преимущества оребрённой поверхности труб перед гладкой состоит в сокращении расхода труб до 50%, при этом общий вес теплообменников снижается на 30-40%, а ресурс работы поверхности нагрева увеличивается в 2-3 раза.
Библиографический список
1.https://cyberleninka.ru/artide/n/metody-utilizatsii-teploty-uhodyaschih-gazov-ot-energeticheskih-ustanovok
2. Лебедев В.И. и др. Расчет и проектирование ТГУ СТС: учеб. пособие для ВУЗов.-М.: Стройиздат, 1992г.
3.Бузников Е.Ф. и др. Производственные и отопительные котельные, Стройиздат, 1989г.
4.https://www.teploprofi.com/blog/cases/kak-sistema-utilizatsii-tepla-ishodyashh/
ЖОВНЕР ВАЛЕНТИНА ВИКТОРОВНА - магистрант, Владимирский государственный университет, Россия.
ЖУРАВЛЕВА НАТАЛЬЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА - ассистент, Владимирский государственный университет, Россия.
