CC BY
133
A.B. ЕФИМОВ, д-ртехн наук, профессорзав кафедройНТУ "ХПИ"
(г. Харьков,
А.Л.ГОНЧАРЕНКО, аспирантНТУ "ХПИ" (г. Харьков
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ "КОТЕЛ -ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР "
Предложена/1атематическаяюдельсистемы"котел- конденсационныюоздухоподогреватель конденсационныйгеплообменныйаппараТ, предназначеннощля ггубокой ути лизациитеп лоты продуктов сгорания газообразного топлива уходящих из котлов в окружающую среду (охлаждениани же температурьто чки рось). На основе математическойиоделф азработан программныйкомплекс Библиогр: 21 назв
Ключевые слова математическаялодель система глубокая утилизация теплоту продукты сгорани5газообразногстопливд котел окружающаязредз программныйкомплекс
Постановка проблемы В настоящее время в Украине уровень энергопотреблению единицуваловогснациональногалродукгасущественно Bbimq чем в передовыхпромышленноразвитых странах [1]. По оценкам экономистовэто превышениесоставляетболее45%, что свидетельствуем наличии большого энергосберегающего потенциала в топливнэ энергетическомгамплексестраны Так как долявыработкитеплотыв общем энергетическокбаланс^краины составляе€5%,из которых40%приходится на к отельные жилищнокоммунального хозяйству то в условиях острого дефицит» дороговизньп риродного газа и м азута важнойи актуальной задачейявляетсяразработка! внедрениемалозатратныэбыстроокупаемых энергосберегающитехнологий
Коэффициент полезного действия (КПД) котлощ работающих на природнок/газе имазуте составляем - 92% 1^ри расчетето низшейтеплоте сгорания топлив^- Основной причиной низкого значения КПД является потерятеплотью уходящимигазами При температур^жодящихгазов 120 -200°С она составляетб - 12%.Однимизп ерспективныж эффективных способов снижения этой потери является глубокая утилизация теплоты уходящих газод осуществляемая!утем их охлаждения до температур лежащихниже точки росы [2 - 5]. При этом выделяетаболыиоеколичество низкопотенциальнойгеплотык ак за счет охлаждения продуктов сгорания топливу так и за счет конденсации из них водяных паров Такая теплотехнология позволяет существенно повысить коэффициент использования топлива и улучшить экологические показатели за счет снижения выбросов в окружающую среду теплоту оксидов азота и углекислоты К достоинствам ее следует также отнести возможность использованижонденсатш качествеподпиточнойводыдлякотлови систем теплоснабжение, 7].
Характернойособенностьквнедрениягехнологийглубокойу типизации теплотыуходящихгазовпри модернизации! реконструкциисуществующих котлов является зависимость оценки эффективности разработанных теплоутилизационныхустройств от конкретных схемных решений по рациональномуюпользованикутилизируемокгеплоты Этатеплотав общем случае может быть использована в системах отопления горячего водоснабжения вентиляции кондиционирования воздуху получения конденсата и т.п. Большое разнообразие конкретных специально разработанныхгхем угилизациитеплоты [2, 3, 5, 8, 9],требуетприменения соответствующего теплоутилизационного оборудования теплообменных аппаратов контактно^ контактно-поверхностногрп оверхностного типов Приэтомосновнымкритериемоценкиэффекгивностртилизациитеплотыв этих схемахявляетсжоэффициентяспол ьзованияопл ивд т.е. его экономия В приведенныхэсема* как правилрнерассматриваютсвопросынегативного обратногсвлиянияснижениярасходагопливанатеплотехническиеоказатели котла (ухудшаютсяусловиягеплообмена поверхностяжагревакотл аза счет снижения скоростейдвижениягазоч что равнозначнсего эксплуатации! ри частичныхнагрузка^.
В соответствии: вышеприведеннышаиболееприемлемымрешением являетсяобъединение отлай теплоутилизационныхустройствв единую замкнутую систему при условии сохранениярасходаг оплива на п режнем уровне Эффекгивноспутилизациитеплотыпри этом следуетоцениватьпо повышению КПД системыи дополнительнойвыработкетеплотехнической продукции(воздухдводь| конденсат^
Задача в такой постановке может быть решена путем разработки математическоРг/іодели замкнутой системы "котел - теплоутилизатф с использованиемпоследних достижений в области глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания газообразногогопливав котлах небольшой! среднеРмощности
Анализ литературы При формировании системы "котел -теплоутилизатф необходиморешить ряд проблем присущих технологии глубокойу тилизациитеплоты уходящих газов котел ьн ых уста ново* о чем свидетельствуютиногочисленныеисследованиянапример [2 - 5, 8 - 10]: выбор наиболее эффективного типа теплоутилизационного устройств? принятие специальных мер по защите теплоутилизатора газоотводящего тракгаи д ымовойтрубы от коррозиии разрушения обеспеченишысокого качества конденсат? разработка надежных методов тепловых расчетов теплообменногоборудованцфаботающегшусловияхконденсациюодяных паровиз парогазовых;месей(продукговсгораниягоплив4-
Анализ литературныхисточников свидетельствуфтчтот ребованиж теплоутилизационнымаппаратамсущественноотличаются от требований предъявляемыхк традиционному котельному оборудование в связи с необходимостью обеспечения высокой компактности низкой
материалоемкостюысокой надежности антикоррозийнойзтойкости низких капитальных* эксплуатационныаатрати пр. В пэследнееремязарубежоми в Украине [3 - 5, 7] нашли широкое применение конденсационные теплоутилизаторыюверхностноготипа, в которых в качествеповерхности нагрева используются оребренные трубы (биметаллические и др) термосифонупластинчатыеюверхностш т.п. Это обусловленсгем, что по сравнению с контактными теплообменниками они более надежны в эксплуатации технологичны в изготовлении обеспечивают возможность нагрева воды выше температуры мокрого термометрапри отличном ее качествробладаюъысокойинтенсивностыаеплообмена
Низкопотенциальнаятеплот? полученная в результате утилизации может быть использованадля нагрева сырой воды химводоочистокпри подготовке питательной! подпиточнойводыдля котлови тепловыхсетей воды для технологическихнужд промышленныхпредприятий сетевойводы систем отоплениям горячего водоснабженцяа также дугьевоговоздухадля котлод отопительневентиляционных систем и т.п. [4, 8]. Для нагрева холодной подпиточнойводыдля паровых котлови систем теплоснабжения требуется существенноменьшее количество теплоту чем ее может быть полученов процесс^тилизаци1^4]. Поэтом уболеезаманчивойвляетсяедея использование к ачестве подпиточной воды к онденсатр получаемогоиз продуктов сгорания! риродногог аза [6, 7]. Использованиеугилизируемой теплотыв системахотопленияограничиваетсяфедварительныгиодогревом сетевокводыпередподачейее вводогрейный<отел а также периодичностью работыгепловыхсетей При этом КПД утилизационноймстемыповышается незначительно(на 3 - 6%). Болееэффективнымявляетсянагрев водыс температурой) - 15С в системахгорячеговодоснабженияДля устранения суточнойпериодичностшотребленияодыдостаточнсэффекгивнымвляется применениебаковаккумуляторовВ этом случаеповышениеКПД системы можетсоставлятй 0 -15%.
Такаяже проблемшозникаетпри нагревегалодноговоздух? так как при конденсацикводяныхпаровиз продуктовсгораниятопливавыделяетсяакое болыиое<оличествогеплотц дляотводакотороготребуетеяболеенем в5 раз больший расход воздух? чем это необходимодля организации! роцесса сжиганиятопливав котле При этом имеетместоболеенизкаяэффекгивность теплоутилизационныххем нагревав оздухапо сравнению: н агревомводы Однако как отмечаютавторыр аботы [3], это компенсируется; табильной годовойнагрузкойи возможностькинтенсификациипроцесса'еплообмена Проблем?связанна$с обеспечениемнадежносткгазоотводящегстракта и дымовой трубц вызванани зкой температурой высокой относительной влажностью (95 - 100%) отводимых из утилизационной системы в окружающую среду продуктов сгорания топлива Применение коррозионностойкихматериалощля изготовления-азоходоЕи дымовыхтруб (напримерпластиков или покрытийявляетсщорогостоящишероприятием
Существуют более простые экономически обоснованные решения Для исключения конденсации остаточных (несконденсировавших^я водяных паров в газоотводящем тракте необходимр чтобы температура его поверхности ыла выше точки росы Это можно обеспечить[9, 11] путем повышениятемпературьуходящихгазов за счет подмешивания ним части байпасируемыхиимо утилизаторадымовыхг азов или горячего воздух? а также за счет нагревав теплообменникеАвторыэтих работсделалквыводо том, что наиболеэффекгивнымявляетсжмешени^ходящихгазовс горячим воздухом
Еще одной серьезнойїроблемойчвляетсжеобходимостннейтрализации кислого конденсатори = 4,5 - 6)Нейтрализацияонденсатанаиболееіросто может быть осуществлена деаэрационноустановкекотельнойпибо(при ее отсутствий в специальны:дегазатора^2, 4, 5].
Цель статьи - разработкаматематическойиодели системы "котел -теплоутилизатф позволяющей решить вьішеперечисленньїеіроблемьі и осуществитьоценку эффективностил убокойу тил изациі4теплотьі уходящих из котловпродуктовсгораниягоплива
В качествеобъекгаи сследовани5рассмотримсистему "котел - КВП -КТА" для котельного агрегат? не имеющего в своем составе воздухоподогревателЖеплоутилизационнэявстьданнойсистемысостоитиз КВП, в которомпроисходитохлажденишсехпродуктовсгораниятопливадо точки росы без конденсацииводяныхпарови их части ниже точки росыс конденсациеРводяныхпарое и КТА, в которомосуществляетсвхлаждение ниже точки росы оставшейся части продуктов сгорания топлива с конденсациейводяных паров В качестве КВП предлагаетсяіспользовать теплообменныйаппаратс циркулирующими ромежуточнымшарообразным теплоносителемТакимт еплоносителемиогуг бытьш ары диаметром4 -15мм, изготовленныеиз стекл? керамики стали чугуна, алюминиум т . п. ОсновнымдостоинствогКВП такоготипаявляетс®ысокажомпактност1?так как удельная поверхность теплообменав этом случае составляет850 -250 шм3. Конструктивно КВП может быть выполнен дробепоточнымили вращающимся
КТА поверхностногогипа представляесобой пакет труб с невысокими (1 - 2 мм) ребрами(интенсификаторамітеплообмен^или гладкотрубный пакет; изготовленный^ нержавеющейггали Такаяконструкцияобусловленд в первую очереди высокимиз начениямккозффициентовеплопередачіліри конденсации водяных паров из п родукгов сгорания топлив? которые как показывают экспериментальныеи теоретические исследования [4, 12], достигают 300 - 400 Вт/м2^ Во вторые предлагаемые многими исследователям качествеэффективнойгеплоутилизационнойоверхности биметаллическиерубыс алюминиевьіміребрамі/вьісотойЮ - 15мм, кроме дороговизны обладают рядом недостатков а именно из-за большого температурногснапорамежду основанием! вершинойребра(10°С и болеф
возможен бесконденсационныРрежим теплообмена так как температура вершины ребра может превышатьточку росы (ограничиваетсягем самым температурный предел нагрева водь); из-за опасности возникновения коррозии основнаятруба должна быть изготовленачз н ержавеющейстал^ межребернояространствоиожетбытьзатопленосонденсатоЦпредлагаются дажеспециальнывиерызащитыот этого) [5, 13].
Целесообразностврименениясистемыс двумя теплоутилизационными аппаратами вместо одногр несмотря на увеличение капитальных и эксплуатационньиеатрат обусловленаеобходимостькрешениягаких задау как обеспечение максимально возможной степени утилизации теплоты уходящих газов (отсутствует байпас газо^, улучшениеп роцесса горения топливазасчетподачигорячеговоздухав топку котлд защитагазоотводящего трактам дымовойгрубыоткоррозиии разрушениэтутем смешениууходящих из теплоутилизаторов газов с горячим воздухом снижение расхода нагреваемоюоды за счет использованиягасти утилизируемойгеплотьдля нагревавоздуха
Решение поставленной задачи осуществлялось комплексно с привлечением современной вычислительной техники на основе математическомоделкразработанлакетпрограмм выполненбольшойобъем численногсэкспериментэпроведеньобработка/1 анал изего результатов
Математическаямодель системы "котел - КВП - КТА" содержит следующиеблоки Блок! Формирование!сходныхданных Блок2. Расчет объемот влагосодержаний родуктов сгорания топлива Блок 3. Расчет температургочки рось| нагревавоздухд шарообразногаеплоносителяБлок 4. Расчетэнтальпийп родуктов сгораниятопливаи воздуха Блок 5. Расчет коэффициентагабытка воздухаи относительнойвлажности смеси газови воздуха Блок 6. Тепловой баланссистемь,! КПД и расходтоплива Расчет температурьнагреваи расходаводыв КТА и температурьнагревавоздухав конденсационнойонеКВП. Блок7. ТепловоРрасчетКТА. Блок8. Тепловой расчетКВП. БлокЭ. Аэродинамическирасчеты Блок 10. Обработка* анализ результаторасчетов
Рассмотрим)собенностисаждогоиз этих блоков
Блок! Вкачествалсходныхданныхиспользуютсфезультатьтеплового расчета парового или водогрейного котельных агрегатов и задаются температурыпродукгов сгорания топлива на входе ¿п\л на выходе Л Г2 теплоутилизационныхустройсте температуры холодного воздуха £хв и холоднойводы ?хвод, температураиарообразногсгеплоносителяш входев КВП £Ш1, температурасмесипродуктовсгораниятопливаи горячеговоздуха исм. Задаютсягакжетеплофизическивараметрыгеплоносителргёеличины присосоввоздухдскоростидвижениягеплоносителей
Блок 2. Определяются составы продуктов сгорания топлива и влагосодержаниих навходеи выходеКВП и КТА. Расчетобъемотродуктов
сгораниятопливаосуществляетсяо методу изложенному [14], т. е.на 1 м3 топлива Вл агосод ержа н и евзовоп ред еля етсяо формуле
с/ = МпЧэвп/МсгЧР-Рвп). (1)
где МП,МСГ - молекулярныемассы водяного параи сухих продуктов сгорания топлив? Р - давление продуктов сгорания топлив? рвп -парциальноедавлениеводяногопара при соответствующейгемператур® 100% относительной влажности продуктов сгорания топлив? которое определяется помощьюаналитическойвависимостипарциальногсдавления насыщенного1араоттемпературьиасыщенифн = Щд (nporpaMMd'Rosa").
Блок 3. Определениетемпературы точки росы J р сопряжено с некоторымизатруднениямутак как получениеаналитическойзависимости JH = f[Pn) регулярнымиметодамииатематикюредставляенюбойдовольно трудную задачу Поэтому расчет Jp осуществляется методом последовательныятерацийс использованиемзависимости рн = f(jH). С этой целью первоначал ьнозадаются значения температур в окрестности предполагаемогоначенияточки рось| определяютсжоответствующиетим температурам!арциальныщавлени5водяныхпаровс помощью программы "Rosa"n путем интерполяцишаходитсяюкомоезначениегочки росы
Температуры горячего воздуха и шарообразноготеплоносителяна выходе из КВП определяютсяю методу приведенному [15], в основу которого положены коэффициентыэффективностлнагреваи охлаждения теплоносителев зависимостют отношениях водяныхэквивалентом числа единицпереносаеплоты Метод реализовав видеп рогра мм ьГТ ет р".
Блок 4. Расчет энтальпий продуктов сгорания топлива и воздуха осуществляется соответствии: рекомендациям^14] на 1 м3 газообразного топлива Расчеты выполняются: помощью программ "Gaz" и "Vozd", в которых определениадельныхэнтальпийуглекислогогаз? водяногопараи влажноговоздухаосуществляется помощьюполиномовпятой степени
Блок 5. Для защиты газоотводящеготракга и дымовой трубы от разрушения'емпературдкодящихиз КВП и КТ А газовповышаетсщо J см за счет подмешивания к ним горячего воздуха С этой целью в КВП предусматриваетсжагрев части воздух? необходимогодля смешения с газами Коэффициент избытка воздуха в смеси асм по отношению к теоретически необходимому в этом случае определяется методом последовательныхприближений с использованиемуравнения смешения Относительнажлажностьсмесиоцениваетсяак j см = рв“ /р в.п > гДе Рвп " парциальноедавлениеводяногопарав ней, а рвп - парциальноедавление водяногопарав продукгахсгораниягоплива при температуре] см.
03=0|+02+03 + 04 + С^ + С^, (2)
где <ЭР - располагаемаэтеплота на 1 м3 газообразноготопливд Ор = 0°; 0^- низшаятеплотасгораниятопливд О, - полезной спользуемаэтеплотав системе О, = Ок а + Осух + Ок з; <ЭК а - полное количествотеплотц п олезно используемое в паровом (водогрейной котлз <ЭСУХ, О^з - количества теплоты выделившиесяв бесконденсационнойС'сухой') зоне КВП и в конденсационных зонах КВП и КТА; 0СУХ =1 Ч/п ‘ /г.р) > гДе \ =1-д5/(Ис+д5) - коэффициентсохранениятеплотц /Г1,/ГР-энтальпии продуктовсгораниятопливана входев КВП и при температурачэчки рось| Окз=] ЧЭК; <Э2, <Э3,04,<^,<^ - потери теплоты с уходящими газами от химического недожогд от механической неполноты сгорания топливд от наружногоохлаждени^с конденсатом
Количествотеплоть*! выделяющееся конденсационныхнастях КВП и КТА, определяетсяледующимэбразога
<Эк=<Эа+0)+0;' (3)
где <Эа - количествогеплотц выделяющеесяри конденсацикводяногопара и охлаждении конденсату Оь - количество теплоту выделяющеесяпри охлаждении неконденсирующихся газод <ЭС- количество теплоту выделяющеесяри охлажденитесконденсировавшегоиюдяногопара Составляющи9равнения(3) определяютсяо формулам
Оа=(^г ^сХГ4/вх- С1+"4/ух)Ч/- + ^од^р- ^)];
О, = <У£ Ч сг14р - С Ч™Ч]Г2)Ч:СГ; (4)
Ос = ^ Н20 ^В.П Ч*Р ■ ^ Г2> >
где г -удельнаягеплотафазовогспереходд свод, ссг, СвП -теплоемкости конденсатдсухих газод водяногопард г Нг0 - плотностьводяногопара
Несмотря на то, что при конденсации водяных паров из п родуктов сгорания топлива болеелогичным было бы определениеютерь теплотыс уходящимкгазамиосуществлятво высшейгеплотесгораниягопливаОвс, как это принято за рубежоми в некоторыхслучаяху нас в стране в настоящей моделиэ та и д ругиеп отери теплоты отнесеньк низшей теплотесгорания
топлива. ТакоерешениеявляетсжполнеправомернымОно былопринято в связис тем, что в Украине традиционнотепловыерасчетьк отельных агрегатоввыполняютсяпо низшей тепл отесгораниятопливаи при этом нет необходимостиосуществлятьпересчетпотерь теплоты по Овс. При расчете тепловогобалансатеплоутилизационноСсистемыпо 0° п отеря теплотью уходящими газами становитсяотрицательной ее КПД может превышать 100%.
Потерягеплотыс уходя щи м кгаза м иоп ред еля етсяо формуле
д2 =О,Ч0СР/о/С£ ={(/с„ - 0< - [(асм - ЩЧпрс - ЬУ^00- )}/<£, (5)
где /см - энтальпижмесиуходящихгазови горячеговоздухд Ь}- отношение количества воздуха на входе в воздушный тракт к теоретически необходимому /прс - энтальпиявоздухд присасываемого газоходысистемц /хв - энтальпиятеоретическш еобходимогоколичествж оздухана входев воздушный тракт; д4 = 04 Ч 00/0„ - потеря теплоты от механической неполнотьегораниягопливд при сжигании газа qл= 0.
Следуетотметит!? что очень часто при определенитотери q2 вместо /см в формулу(5) подставляютэнтальпиюуходящихиз теплоутилизатора газов(безучетаповышения1хтемпературьвышеточки рось), что приводите завышенномрначениюКПД.
Потеря теплотью химическими едожогом д3 = 03 400/ 0„ беретсяиз теплового баланса котла Потеря теплоты от наружного охлаждения д5 = 05 Ч00/0„ определяется соответствии: рекомендациям(14]. Потеря теплоты с конденсатом удаляемым из теплоутилизаторов (многими исследователям® учитываете^ определяетсяак: q6 =1кот Ч00/0„,, где
/ = /ув* и- вх 4/ . \/УХ ц. УХ ш чц, Ц1
' конд \ус,г ^ С.Г ^*ВХ ¥С.Г ^ С.Г ^*УХ / ^ВОД ^ Г2 ■
КПД системьГкотел- КВП -КТА" определяетсяак
Ис =100- д2- (73- д4- д5- д6. (6)
Расходгопливд подаваемого систему определяетсяо формуле
Вс=Ок.аЧОО/О^Ч1с, (7)
ПовышениеКПД системы по сравнению: КПД котла (без утилизации теплоты уходящих газо^ составляет № = Ис - , возможная экономия
топлива при этом определяетсякак ОВ = В-ВС (В- расход топлив?
подаваемого коте/}.
где <эв- к оличествотеплоту н еобходимоедля нагревав оздухд которое определяете™ формуле <ЭВ =(Ь^ + [Заквп/2)Ч/гв- /хв); ¡Уатп - присос воздухавКВП; /гв- энтальпияорячеговоздухд ввод - расходнагреваемой воды который находится так бвод = ВЧЭКГА/свод(^вод-^вод); 0^-количествотеплоту необходимоедля нагревав одыв КТА, котороеравно (Зкга = Ок з - С&,; С^п - количество теплоты необходимоедля нагрева воздухав конденсационнойонеКВП, 0^п = Ов - Осух . Температуршагрева воды в КТА ^г.вод = ^ Р ” > определяется!утем задания величины ее
недогревадо температурьточки росына уровне 0^ =7- 10°С.
Температуранагревавоздухав конденсационнойонеКВП
где св - удел ьная^еплоем костюоздуха
Блок 7. Тепловой расчет КТА выполняетеяв соответствии: методом приведенным [18]. Этотметодпозонноготепловогсрасчетагеплообменного аппарата позволяет учитывать реальные представленияоб особенностях совместно протекающих процессов теплообмена и массообмена при конденсации водяных паров из п родуктов сгорания топлива (парогазовой смесис болыиимсодержаниемюконденсирующихсяазо^. В основуметода положеныеледующи^равнения
q = Ъp[r +0^^™ - У*)](Рп- Ргр) + аг('>г-іГР) = Ку(іГР-івоа) ] (10)
В уравнении (10) приняты следующие обозначения ц - плотность теплового потокщ Ьр- коэффициентмассоотдачкводяногопарав газовой
фазе отнесенный к градиенту парциальных давлений .ігХ.ЛгХ^г-температурыгазов на входе выходе и в средней части участка КТА; рп - парциальноедавлениєводяногопара при температуреуходящих газов р^, ?гр-соответственнаарциальноадавлениеі температуршодяного парана границе разделафаз аг- коэффициенттеплоотдачиот газовк поверхноетшленки конденсат? К) - коэффициентеплопередачвт пленки
^в=^,в+0^/(ЬУ+0аквп/2)Ч/Х.
(9)
Рн = Щн)-
(11)
конденсата охлаждающеюоде Так как плотностьт еплового потока ц, коэффициент массоотдачи Ьр и коэффициент теплоотдачи от пленки конденсата; наружнойповерхностигеплообменаапл зависятот неизвестных температурна границеразделафаз^ и на поверхностигеплообмена£ст, то значенияюследнихэпределяютсиетодомпоследовательньприближений
Блок 8. Тепловой расчет КВП осуществляется по методу разработанному нами с использованием опыта проектирования регенеративных дробепоточныхвоздухоподогревателвй шарообразным промежуточнымгеплоносителег^17 - 19].Однаков конструкцияхэтих ВП не предусматривал остхлаждениетродуктовсгораниятопливаниже точки росы (отсутствовала конденсация водяных паро^. Поэтому поверхность теплообменаКВП былар азделенаа "сухую" и конденсационнуюзоны ТепловоРрасчет"сухой' зоныс использование1рекомендацинЬаботы[20] не вызываетзатруднений Тепловой расчетконденсационноРвоны КВП может бытьвыполненпо методу который был принятдля расчетаКТА, толькопри условииналичиядостаточнонадежногометодаопределенижоэффициентов теплоотдачи при конденсации водяных паров из парогазовых смесей в шарообразношюе Однакр учитывав что пока такой методе тсутствует а также тот факт что доля теплоты выделяющейсв конденсационноРвоне КВП, незначительнг(5-15%от 0^), расчеткоэффициентов'еплоотдач® математической модели системы выполняется с помощью зависимости предложенной [9]
а пр = а г ^1 + гЧс/Г ■ ^Зт)/ Сг г ‘ ^1т)] ■ (12)
где апр-приведенный коэффициент теплоотдачи аг - коэффициент теплоотдачют газовк стенкебезучетаконденсацикводяныхпарое с/г,с/^ -соответственнсвлагосодержанияазов при температуреи г и температуре насыщенноРпарогазовойсмеси равной^; сг - удельнаятеплоемкостиазов
Блок 9. Аэродинамическиерасчеты КВП и КТ А осуществлены в соответствии: рекомендациям^ ].
Блок 10. Анализрезультатоцоасчетовпозволяеюценитьэффекгивность предлагаемоСгеплоутилизационнойсистемыи в дальнейшемосуществить конструктивныепроработккКВП и КТА.
Выводы Анализ проблем возникающих при разработке технологическиэсхем теплоиспользованиртилизируемойгеплоту позволил сделатьвыводо необходимостиюзданиязистемьГкотел- теплоутилизатф которая дает возможность более полно учитывать многие фактору оказывающиесущественношлияниена эффекгивностБпубокойутилизации теплотыуходящихгазовкотлощ работающие гриродног/газе
РазработанньїйаосновематематическойоделіпрограммньїСкомплекс позволяетвести проектированиегеплоутилизационныхистемс различными схемными решениямипо теплоиспользованиюрименительн« паровым* водогрейнымгательнымустановкам
При разработке систем необходимо учитывать негативное обратное влияниетеплоутилизаторова теплотехническиеюказателккотла Поэтому расход топлива следует оставлятьнеизменньїіуіа оценку эффективности работы системы осуществлятьпо повышению ее КПД и д ополнительной выработкегеплотехническойродукции
Высокие значениж оэффициентовгеплопередачв конденсационном режиме теплообмена дают возможность формировать теплообменную поверхностьКТА с помощьюгладкотрубныхпакетовс интенсификаторами теплообменфіли дажебезних) вместодорогостоящиирубс оребрением Включениев состав системы компактного КВП позволяетобеспечить высокотемпературныюагрев воздух? чтод ает возможностьотносительно просто решитьпроблемузащиты газоотводящегсгракгаи дымовойтрубы от разрушений повыситьэффективностежиганиятоплива
Отсутствие надежных методов расчета теплообмена в условиях конденсацииводяныхпаровиз парогазовыязмесейс большимсодержанием неконденсирующихсягазов на поверхности шарообразногослоя требует проведениэтеоретическиж экспериментальнынсследований
Списоклитературы 1. Стратегіяенергозбереження Україні: Аналітичнодовідкові матеріалів 2-х томах Загальні засади енергозбереженні За ред В. А. Ж овтянськог/сМ.М. Кулике Б.С. Стогнія- K.: Академперюдикэ2006,- Т. 110 с 2. АроновИ.З. Контактный нагревводы продуктамисгоранияприродногогаза/ И.3. Аронов - Л.: Недра Ленинградскоаотделениэ1980-280 с. 3. Физпко Н.М. Эффективность систем утилизации теплоты отходящих газов энергетическиэустановокразличногсгтипа / Н.М. ФиалкдЮ.В. ШеренковскирА.И. Степанову Р.А НавродскарП.К. ГолубинскирМ.А. НоваковскиШ Промышленная-еплотехника- 2008. -№3. - С. 68 - 76. 4. Баскаков А.П. Реальные возможности повышения энергетической эффективносплазовыхотопительныжотельных/А/7. Баскакое В.А.Муни, Н.Ф. Фипипповскиц Е.В. Черепанове// Промышленнажнергетика - 2005. -Na 9. - С. 22 - 26.5. НавродськеР.О. Утилізація теплоти відхідних газів газоспоживаючихкотліву поверхневихтеплоутилізаторах конденсаційноготипу //Авторефдис ... канд техн наук 05.14.06. -Київ. - 2001. - 20с.
6. Семенюк Л.Г. Получение конденсата при глубоком охлаждении продуктов сгорания ІГІ.Г. СеменюкН Промышленнаяэнергетика - 1987. -№ 8. - С. 47 - 50.7. БухонодЦ.Ю. Исследования оптимизация метода получения конденсатаиз уходящихп родуктов сгорания природногогаза//Авторефдис ... канд техн наук 05.14.14. -М. - 2007. - 17;. В.ДьяковА.Ф. Комплексные системы теплоутилизациии газоочистки на паровых и водогрейных котлах / А.Ф. Дьякод B.C. Варварский А.Е. Свичар И.З. Аронод В.Б. Павловский С.В Ажимов //Теплоэнергетика- 1992. - № 11. -С 50 - 55.9.ByxapKutE.H. О перспективенрименения конденсационныхводогрейных котлов в газовых отопительных котельных / Е.Н. Бухаркин // Промышленнаэнергетика- 1991. -№9. -С. 26 - 30.10.БухаркиьЕ.Н.Обеспечениеадежных условийзксплуатациїтазоотводящегарактав котельныхс конденсационнымюкономайзерами IЕ.Н. Бухаркин/I Теплоэнергетика- 1997. -№ 9. -С. 29- 34.11. АроновИ.З. Повышение надежности газового тракта котельных с контактными теплоутилизаторам^ И.З Аронов Г.АПресичН Промышленнаяэнергетика - 1991. -№ 4. - С. 29 - 33.12. ИсаченкоВ.П. Теплообметри конденсации/ В.П. Исаченко - М.: Энергия - 1974. - 23&. 13. БаскаковА.П. Расчет температурншлажностного режима газоотводящеготрактас у четом уноса влаги из
теплоутилизаторой А.П. Баска ко? С.Б. ПутрикІІ Промышленнаянергетика- 2006. -№ 9. -С. 36 - 38.14. ТепловоЙрасчеткотлов(нормативныйметоД. Изданиетретьф переработанное дополненноеЛодр ед С.И. Мочана - Санкт-Петербург 1998. - 257с. 15. Ефимов А.В. Определениеконечных температуртеплоносителейв теплообменныхаппаратах котельных установою: движущейсяшарообразнойнасадкой/ А.В. Ефимо$Л.В. ГончаренкоК.Э. Цымбац АдельАльТувайнЛ Интегрированныеехнологиии энергосбережение- 2003. -№4.-С. 28 -31.
16. Ефимов А.В. Совершенствование метода теплового расчета конденсационного теплоутилизационногаппаратаповерхностногогипа, устанавливаемогаа ютельнойустановкой / А.В. ЕфимовА.Л. ГончаренкрЛ.В. Гончаренке/1 Энергетика-К.: НТУУ "КПІ". - 2009. -№ 1. -С. 36 - 45.17. ЛюбошицА.И. Регенеративныьтеплообмеш плотном слое / А.И. Любошиц ВАШейман - Минск: Наукаи техника - 1970. - 200с. 18. НинуаН.Е. Регенеративный вращающийсявоздухоподогревателй Н.Е. Нинуа - М.: Высшая школа - 1965. - 108с.
19. ДэбряковТ.С . Воздухоподогревателкотельных установок/ Т.С ДобрякорВ.К. Мигай В.С НазаренкрИ.И. НадыродИ.И Федоров - П.: Энергия - 1977. - 183:. 20. ЕфимовА.В.
Выбор критериальныэуравненийдля расчета- еплообмена конденсационныхгеплообменных аппаратах: промежуточнымшарообразнымгеплоносителегУ А.В Ефимо$Л.В. Гончаренко К.Э. Цымбац Т.А ЕсипенксІІ Вісник НТУ "ХПІ". Тематични£випуск Хімія, хімічнатехнологіята екологія - Харків: НТУ "ХПІ". - 2003. -№ 3. - С. 24 - 31.21. АзродинамическиРрасчет котельныхустановок(нормативныкметоД / Под ред. С.И Мочана. - Л.: Энергия - 1977. - 25&
УДК 621.036.7
Математична модель системи "котел - теплоутилізатсф / Єфімов О.В., ГончаренкоО.Л.// Вісник НТУ "ХПІ". Тематични(вип уос Інформатика моделювання-Харків: НТУ "ХПІ". - 2010. -№21. -С. 76 - 87.
Запропонованаїатематичнаїодельсистеми "котел - конденсаційнийіовітропідігрівник-конденсаційний теплообмінний anapaY, яка призначаєтьсядля глибокої утилізації теплоти продуктів згоряння газоподібного палива що відходятьз котлів в навколишнє середовище (охолодженнянижчетемпературіточки роси). На основіматематично'моделіздійсненорозробку програмногокомплексу Бібліогр: 21 назв
Ключові слова математична моделе систему глибока утилізація теплоту продукти згоряннягазоподібногслалива котел навколишнесередовищшрограмнижомплекс
UDK 621.036.7
Mathematical model of the system "boiler - hratovery" / Yefimov A.V., Goncharenko A.L// Herald of the National Technical University "KhPI". Subject issue: Information Science and Modelling. - Kharkov: NTU "KhPI". - 201(№r21. - P. 76 - 87.
The mathematical model of the system "boiler - condensation air-heater - condensation heat-transfer apparatus" with deep utilization of the warmth of products of combustion of gaseous fuel (cooling below of temperature of point of dew) is offered. On the basis of mathematical model a programmatic complex is developed. Refs.: 21 titles.
Keywords:mathematical model, system, deep utilization of warmth, products of combustion of gaseous fuel, boiler, programmatic complex.
Поступилав редакцию!0 09 2009
