CC BY
10
нлты
ы КРАЖИ
»mutet'
Науковий в!сн и к НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270625 Article received 24.08.2017 р. Article accepted 28.09.2017 р.
УДК 621.[1.016+184]
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
1 EE3 Correspondence author N. M. Fialko [email protected]
Н. М. Фiалко, Р. О. Навродська, С. I. Шевчук, Г. О. Преач, Г. О. Гнедаш
1нститут техшчно! теnлофiзики НАН Украши, м. Кшв, Украта
ТЕПЛОВ1 МЕТОДИ ЗАХИСТУ ГАЗОВ1ДВ1ДНИХ ТРАКТ1В КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК П1Д ЧАС ЗАСТОСУВАННЯ ТЕПЛОУТИЛ1ЗАЦ1ЙНИХ ТЕХНОЛОГ1Й
Виконано розрахунковГ доаидження щодо вГдвернення конденсатоутворення в газовiдвiдних трактах котельних установок пiд час використання методiв: часткового байпасування вiдхiдних газiв котла повз теплоутилГзатор, пiдмiшування до димових газiв пiсля теплоутилiзатора нагрггого повпря, пiдсушування цих газiв шляхом 1хнього нагргвання у поверхневих теплообмшниках та методу теплоГзоляци димових труб. Наведено принципа схеми котельних установок у разi застосуван-ня систем теплоутилГзаци вiдхiдних газiв з використанням вказаних методiв захисту газовiдвiдних траков. Показано ефек-тивнiсть методу байпасування у широкому практичному дiапазонi змши основних визначальних параметрiв. Для повпряно-го методу виявлено закономiрностi змши тепловолопсного режиму в газовiдвiдному каналi котельнi залежно вiд температу-ри нагрггого тдмшуваного повiтря i його частки в загальнiй витратi димових газiв. Встановлено залежностi потрiбних для запобГгання конденсатоутворенню ргвнгв тдиргву димових газгв вгд режимних параметргв котив i типу димово1 труби для методу тдсушування вгдхгдних газгв. Наведено дат щодо ефективностг застосування для металево! та залгзобетонно1 без футерування димових труб комплексу теплових методгв, зокрема, тдсушування димових газгв i зовнгшньо! теплогзоляцП корпусу труби. За результатами порГвняльного аналiзу ефективностi зазначених теплових методiв вГдвернення конденсатоутворення визначено межi рацiонального застосування кожного з них.
Krnuoei слова: газоспоживальш котли; глибоке охолодження вГдхГдних газГв; запобггання конденсатоутворенню; димо-вГ труби рГзного типу.
Вступ. Одним iз напрямiв енергозбереження в кому-нальнш теплоенергетицi е пiдвищення ефективностi використання палива у котлоагрегатах шляхом глибокого охолодження вдащних газiв i утилiзацil 1хньо! теплоти. Важливою проблемою, що стримуе широке впрова-дження технологiй глибоко! утилiзацil теплоти димових газiв котельних установок, е випадшня конденсату в га-зовiдвiдних трактах, що призводить до значного скоро-чення термiну 1хньо1 експлуатацп фоИ^ку et а1., 2014; Fia1ko et а1., 2003).
Утворений на внутрiшнiй поверхнi газоввдшдного тракту конденсат через наявшсть у ньому розчинних продукпв згоряння палива мае кислу реакцш i його водневий показник рН зазвичай змiнюеться в межах 46. Як наслiдок цього внутрiшнi поверхнi конструкцiй ввдшдних газоходiв зазнають корозiйного руйнування. Найбiльш негативного впливу конденсату зазнае внут-рiшня поверхня ствола димово! труби - останнього за ходом газiв елемента котельно! установки. Отже, пiд час застосування сучасних технологш виробництва теп-лово! енергп в котельнях виникае проблема захисту !х-
нiх газоввдшдних тракпв.
До ефективних способiв захисту зазначених тракпв за глибокого охолодження димових газiв, як ввдомо, належать тепловi методи запобiгання конденсатоутворення ^а1ко et а1., 2007, 2015; Shevchuk, 2011). Серед них особливо видiляються методи, пов'язанi зi змшою воло-гостi димових газiв тсля теплоутилiзацil (часткове байпасування вiдхiдних газiв котла повз теплоутилiза-тор, шдмшування до димових газiв пiсля теплоутилiза-тора повiтря, нагрiтого в повiтропiдiгрiвачi котла, тд-сушування цих газiв у спецiальних теплообмiнниках-га-зопiдiгрiвачах), а також методи, що вiдповiдають тдви-щенню температури внутршньо1 поверхнi ввдшдних га-зоходiв, наприклад 1хня зовшшня теплоiзоляцiя.
Однак застосування зазначених методiв е досить об-меженим, бшьшою мiрою через вiдсутнiсть спещаль-них дослвджень щодо 1хнього рацiонального використання й аналiзу теплово1 ефективносп.
Мета дослiдження полягае у теплофiзичному обгрунтуваннi застосування теплових методiв запобь гання конденсатоутворенню в газоввдшдних трактах
1нформащя про aBTopiB:
Фiалко Наталiя Михaйлiвнa, д-р техн. наук, професор, член-кореспондент НАН Украши. Email: [email protected] Навродська Païca Олександрiвна, канд. техн. наук, пров. наук. спiвробiтник. Email: [email protected] Шевчук Свгтлана iBaHiBHa, канд. техн. наук, ст. наук. спiвробiтник. Email: [email protected] Преач Георгiй Олександрович, канд. техн. наук, ст. наук. спiвробiтник. Email: [email protected] Гнедаш Георгш Олександрович, канд. техн. наук, ст. наук. спiвробiтник. Email: [email protected]
Цитування за ДСТУ: Фiалко Н. М., Навродська Р. О., Шевчук С. I., Преач Г. О., Гнедаш Г. О. Тепловi методи захисту газовщвщних траков котельних установок тд час застосування теплоутилiзацiйних технологiй. Науковий вкник НЛТУ Украши. 2017. Вип. 27(6). С. 125-130.
Citation APA: Fialko, N. M., Navrodska, R. O., Shevchuk, S. I., Presich, G. O., & Gnedash, G. O. (2017). Heat Methods of the Gas-Escape Channels of Boiler Installations by Heat-Utilization Technologies Application. Scientific Bulletin of UNFU, 27(6), 125-130. https://doi.org/10.15421/40270625
опалювальних газоспоживальних котл1в, оснащених системами глибоко! утил!зацн теплоти вщхщних газ1в.
Матерiали та методи дослiдження. Для визначен-ня ефективност зазначених теплових метод!в здшснено широк параметричш дослщження за нормативних умов роботи опалювальних котелень для р1зних тишв димо-вих труб: металевих, цегляних, зал1зобетонних з футе-руванням та без нього.
Розрахунков! дослщження щодо охолодження вщ-хщних газ1в водогршних комунальних котл1в у газовщ-вщних трактах та димовш труб! проводили за вщомими методиками (Presich, 2000; Buharkin, 1997; Zhydovich et а1., 1977).
Встановлювали законом1рност1 впливу на теплово-лопсний режим у димовш труб! р1зних фактор1в: вщ-носного навантаження котла (Qк/Qн = 30^100 %), темпе-ратури вщхщних газ1в у номшальному режим! (1гн = 160^200 °С), коефщента надлишку повиря (а = 1,05^1,6), температури навколишнього середовища в межах опалювального перюду (tнс = -10^- +10 °С) тощо. При цьому брали до уваги, що для запоб1гання конден-сатоутворенню температура внутршньо! поверхш tпов газовщвщного каналу аж до устя димово! труби повинна перевищувати точку роси tр димових газ1в, tпов > tр.
Для оцшювання ефективност застосування метод1в, пов'язаних з1 змшою вологост димових газ1в, { витрат енергн на !хню реал!защю, використовували коефщ!ент у, що розраховували як вщношення теплово! потужност! Qвит, необхщно! для реал!зацп вщповщного методу, до теплопродуктивност утишзацшного устатковання Qут У = Qвum/Qуm•100, %. (1)
Пщ час проведення дослщжень розглядали тради-цшш схеми котельних установок за умов застосування систем теплоутил!зацн вщхщних газ1в з використанням теплових метод1в захисту газовщвщних траков. Схеми наведено на рис. 1.
2
газ1в котла повз теплоутитзатор; б) тдмшування нагрггого повиря до димових газ1в тсля теплоугил1затора; в) тдсушування димових газ1в тсля теплоутил1затора у газопщгр1вачц 1) котел; 2) димова труба; 3) водогр1йний теплоугил1затор; 4) газот-дцр!вач; 5) регулювальний клапан
Результати дослiдження
Тепловi методи запоб1гання конденсатоутворен-ню, пов'язанi зi змiною вологостi димових газiв тсля теплоутишзацп. Розглянемо отримаш результати досл> джень щодо застосування методу часткового байпасу-вання. Цей метод характеризуеться тдвищенням температури сумш! димових газ1в перед надходженням !! до газовщвщного тракту як наслщок, температури поверхш в уст димово! труби tпов. При цьому може вщбувати-ся також { збшьшення точки роси ^ газово! сумш! внас-лщок змшування димових газ1в тсля котла з вологов-мютом Хк = 0,15-0,11 кг/(кг сухих газ1в) { газ1в тсля теп-лоутил1затора, вологовмют яких у певних режимах мен-ший вщ зазначено! величини (Хту < Хк). Для дотримання умови tпов > ^ потр1бно, як очевидно, переважне зростан-ня температури ^ов над точкою роси tр.
вих1д конденсату 1 Рис. 1. Принципов! схеми котельно! установки п!д час застосування теплових метод!в: а) часткового байпасування в!дх!дних
40
б) 0 10 20 30 40 %,% Рис. 2. Залежтсть температури внутршньо! noBepxHi tnoe в ycTi димово! груби (4-6), точки роси tp (1-3) а також коефщента витрат теплоти убайп (7-9) в!д частки байпасування х для рiзних значень температури навколишнього середовища tHC: а) метале-ва за tгн = 200 °С; б) цегляна димова труба за tгн = 160 °С; 1, 4, 7 - tHC = -10 °С; 2, 5, 8 - tHC = 0 °С; 3, 6, 9 - tHC = 10 °С
Як показали результати розрахункових дослщжень, для запоб^ання випадiнню конденсату в цеглянш ди-мовiй трубi (рис. 2) досить пропускати повз теплоутиль затор до 8,5 % димових газiв за 4н = 200 °С i до 11,5 % газiв за tгн = 160°С, що вiдповiдаe значенню коефiцieнта вщносних витрат убайп на реалiзацiю методу байпасу-вання 4,1 i 6,4 %. При цьому значення убайп тим бiльше, чим нижча температура tгн, менше вiдносне наванта-ження котла Qк/Qн i бшьша величина надлишку повiтря.
Щодо металево! димово! труби (див. рис. 2), то проведет дослщження свщчать, що байпасування дае по-зитивш результати тiльки за вiдносно великих наванта-жень котла (Qк/Qн > 0,7) i високих температур вщхщних газiв у номiнальному режимi (4н > 180 °С).
На рис. 2, як приклад, наведено результати розра-хунюв температур поверхнi ^ов в устi димово! труби, точки роси ^ та коефщента витрат теплоти убайп у рiз-них режимах роботи котла протягом опалювального пе-рiоду, якi вiдповiдають рiзним температурам tнс навко-лишнього середовища i часткам байпасування х для ме-талево! та цегляно! димових труб.
На рис. 3 наведено розрахунковi даш для викорис-тання методу байпасування щодо температур внут-ршньо! поверхнi tпов та температури точки роси ^ для з^зобетонно! димово! труби з футеруванням (б) та без нього
Треба зазначити, що результати дослщжень тепло-волопсних характеристик в уел димових труб pi3Horo типу свщчать про близькiсть за величиною цих характеристик для: а) металево! труби та зал!зобетонно! без футерування; б) цегляно! труби та зал!зобетонно! з футеруванням.
Пщ час дослiдження ефективностi повiтряного методу анал!зували тепловологiсний режим газов!двщно-го тракту за рiзних значень температур тдмшуваного нагрiтого повiтря (tzn = 150 ^ 250°С) i його частки а у загальнш витратi димових газiв. Застосування цього методу, на вщмшу в!д методу байпасування, забезпечуе не тшьки пiдвищення tnoB, але й зниження точки роси газо-пов!тряно! сумiшi tp завдяки порiвняно низьким значен-ням вологовмiсту пiдмiшуваного повiтря (Хп = 0,01кг/кг сухого повiтря).
Даш, наведен на рис. 4, шюструють результати роз-рахункiв основних теплових характеристик (tnoB, tp) за повiтряного методу для металевих та цегляних димових труб. Отримаш данi свщчать, що за tzn = 150 °С частка пiдмiшуваного повiтря не перевищуе 20 %, а коефщ!ент вiдносних витрат уп!дм на реалiзацiю методу досягае для цегляно! димово! труби 7,3 % i металево! - 36,1 %.
Рис. 3. Залежшсть температури внутр!шньо! поверхн! tnoB в уст! димово! труби (2-5) ! точки роси tp (1) в!д температури навко-лишнього середовища tHC для залiзобетонних димових труб та р!зних часток байпасування %: а) без футерування; б) з футеруванням; 1- tp; 2 - х = 0 %; 3 - 10 %; 4 - 20 %; 5 - 30 %
Рис. 4. Залежшсть температури внутр!шньо! поверхн! tnoB в уст! димово! труби (1-4) ! точки роси tp (5-8) в!д температури навко-лишнього середовища tHC за tra = 150 оС, tH = 160 °С за р!зних часток п!дм!шуваного пов!тря а: 1, 5 - а = 0 %; 2, 6 - 8 %; 3, 7 -12 %; 4, 8 - 20 %; а) металева; б) цегляна димов! труби
Проведено також дослщження ефективност методу тдсушування димових газ!в, тд час реал!зацп якого для запоб!гання конденсатоутворенню у вщвщному газоход! встановлюють додатков! поверхн! нагр!вання для шдвищення температури газ!в тсля теплоутил!за-тора на певну величину At*. При цьому, внаслщок
збшьшення температури димових ra3iB пiдвищуeться температура tnoe за постiйного значення величини tp. На рис. 5, для прикладу, наведено залежносп температури tnoe i I,,. а також коефщента упщс вад величини At.
701-1-1-1-1-----г 40
що у разi цегляно! та залiзобетонноl з футеруванням димових труб найменшими i близькими за значеннями ввдносними витратами теплоти у характеризуються ме-тоди пiдсушування димових газiв i часткового байпасу-вання. Для металево! та залiзобетонноl без футерування димових труб за величиною у найефектившшим е метод тдсушування, трохи меншiй ефективностi ввдповь дае повiтряний метод, а реалiзацiя методу байпасування потребуе занадто великих витрат теплоти, що переви-щують у деяких режимах 50 % утилiзованоl теплоти.
Комплекс теплових методiв. Для зменшення ввд-носних витрат теплоти на захист металевих та залiзобе-тонних без футерування димових труб доцшьним е зас-тосування комплексу теплових методiв, а саме: одного з методiв, пов'язаних iз змiною вологостi димових газiв, i зовшшньо1 теплоiзоляцil корпусу труби (Shoyhet et а1., 2001).
Результати досл1джень тепловологiсного режиму в трубах тд час використання комплексу методiв шдсу-шування димових газiв i теплоiзоляцil труби наведено на рис. 6.
1 10 20 30 ДД "С 40
Рис. 5. Залежтсть температур внутр1шньо1 поверхт в уст димово1 труби (1, 2), точки роси ^ (3, 4) а також коефщента витрат теплоти (5-6) ввд величини тдсушування Д; за ^с =10 оС для р1зних значень температури tгн: 1, 3, 5 - tгн = 160 оС; 2, 4, 6-200 оС; а) металева; б) цегляна димов1 труби
Згiдно з отриманими даними необхiднi для запобь гання конденсатоутворенню значення Д^ зростають зi зменшенням температури димових газiв у номшально-му режимi i зниженням навантаження котла. При цьому для металевих димових труб величина Д^ етотно бшь-ша, нiж для вщповвдних цегляних димових труб, а величина упщс не перевищуе для цегляно1 димово1 труби 6,3 % i для металево1 димово1 труби - 31,1 %.
За результатами до^джень ефективностi методу тдсушування для залiзобетонних труб з футерування та без нього з'ясовано, що в трубi без футерування для ввдвернення конденсатоутворення у газоввдмдному траки необхвдний максимальний рiвень пiдiгрiвання димових газiв пiсля теплоутилiзатора може досягати 32 оС, а для футеровано1 затзобетонно1 труби - тiльки 23 оС.
Зiставлення трьох теплових методiв, пов'язаних зi змiною вологостi газiв пiсля теплоутилiзацil, свдаать,
Рис. 6. Залежтсть температур внутршньо! поверхт ^ов в уст тепло1зольовано1 металево! димово! труби (4-9) i точки роси tp (1-3) вiд величини пiдiгрiвання газiв At за рiзних температур навколишнього середовища tнс для рiзних теплоiзоляцiйних ма-терiалiв: 4-6 - I = 0,065 Вт/(мК); 7-9 - I = 0,037; 1, 4, 7 - t^ = -10 оС; 2, 5, 8-0 оС; 3, 6, 9-10 оС
Аналiз отриманих результатiв свщчить, що для дос-лiджуваних димових труб застосування двох теплових методiв може забезпечити нормативний режим роботи труби (без конденсатоутворення на внутршнш повер-хнi) за рiзних рiвнiв пiдiгрiву димових газiв At* залеж-но вiд типу застосовувано! теплоiзоляцil та температур вiдхiдних газiв 4„ i навколишнього середовища tHC. Так, найвищий рiвень пiдiгрiву А/*мах = 12 °С ввдповвдае найтеплiшому перюду опалювального сезону (tHC и 10 °С) i типу iзоляцil з найпршими теплоiзоляцiйними властивостями (плити PAROC Fire Slab 90 AluCoat, X = 0,065 Вт/(мК). У разi застосування теплоiзоляцiйного матерiалу - плит мшераловатних Термолайф Техiзол 75, X = 0,037 Вт/(мК) - для тих же умов величина А^мах становить 5 °С. За нижчих температур навколишнього середовища (tHC < 5 °С) для цього типу тепло-iзоляцil в пiдiгрiваннi димових газiв взагалi немае потреби.
Застосування пропонованих теплових методiв вщвер-нення конденсатоутворення дасть змогу пiдвищити ресурс експлуатаци газоввдшдних трактiв не менш нiж на 20 %.
Висновки
1. Проведено аналiз ефективностi застосування теплових методiв запобiгання конденсатоутворенню у газовщ-вiдних трактах водогрiйних котлiв комунальноï тепло-енергетики пiд час використання теплоутилiзацiйних технологiй.
2. Отриман данi про ефективнiсть методу байпасування св^ать, що цей метод е результативним для цегляноï та залiзобетонноï з футеруванням димових труб. Для металевих та залiзобетонних без футерування димових труб байпасування виявляеться ефективним тiльки за високих рiвнiв температури вдащних газiв за котлом tm у номiнальному режимi (tm > 180 °С) i порiвняно великих значень навантаження котла (QJQU > 0,7).
3. Анатз ефективностi повiтряного методу показав ютот-ний вплив на тепловологiсний режим у газовщвщному каналi котельнi температури нагрггого пiдмiшуваного повiтря i його частки в загальнШ витратi димових газiв, а саме: чим вища температура димових газiв tm, нагрь того повiтря tгп i нижча температура навколишнього се-редовища tHC, тим меншi значення а та уп;дм за тших рiвних умов.
4. Щодо методу тдсушування димових газiв установлено залежност потрiбних для запобiгання конденсатоутворенню рiвнiв ïх пiдiгрiву At* вщ режимних параметрiв котлiв i типу димовоï труби.
5. Запропоновано та обгрунтовано застосування для мета-левоï та залiзобетонноï без футерування димових труб комплексу теплових методiв, зокрема, тдсушування димових газiв i зовнiшньоï теплоiзоляцiï корпусу труби. Встановлено закономiрностi змiни рiвня пiдiгрiву димових газiв At* вiд температури вдащних газiв котла tгн, навколишнього середовища tHC i типу використо-вуваноï теплоiзоляцiï.
7. За результатами зютавлення ефективностi розглянутих теплових методiв вiдвернення конденсатоутворення виз-начено межi рацiонального застосування кожного з них.
Перелш використаних джерел
Buharkin, E. N. (1997). Obespechenie nadezhnyh usloviy ekspluatat-sii gazootvodyashchego trakta v kotelnyh s kondensatsionnymi ekonomayzerami [Ensuring reliable operating conditions for the gas exhaust duct in boiler rooms with condensing economizers]. Teplo-energetika, 9, 29-34. [in Russian].
Dolinsky, A. A., Fialko, N. M., Navrodskaya, R. A., et al. (2014). Os-novnye printsipy sozdaniya teploutilizatsionnyh tehnologiy dlya kotelnyh maloy teploenergetiki [Basic principles of creating heat recovery technologies for small boilers houses power engineering]. Promyshlennaya teplotehnika, 4, 27-36. [in Russian].
Fialko, N. M., Gnedash, G. O., Shevchuk, S. I., et al. (2015). Zastosu-vannya teplovyh metodiv zahystu gazovidvidnyh traktiv kotliv pry pidvyshchenyh rivnyah vologosti vidhidnyh gaziv [Application of termal methods for protecting gas exhaust ducts of boilers at elevated levels of flue gas humidity]. Problems of ecology and operation of energy facilities: a collection of works, (pp. 166-170). Kyiv. [in Ukrainian].
Fialko, N. M., Navrodskaya, R. A., & Presich, G.A. (2007). Analiz ef-fektivnosti teploobmennogo oborudovaniya dlya obespecheniya ot-sutstviya kondensatoobrazovaniya v gazootvodyashchih traktah ko-telnyh [Analisis of the efficiency of heat transfer equipment to ensure that no condensation in the gas exhaust ducts of boiler plants]. Problems of Industrial Heat Engineering, Proceedings of the 5 th International Conference, (pp. 171-172). Kyiv, 2007. [in Russian].
Fialko, N. M., Navrodskaya, R. A., Presich, G. A., et al. (2003). Dos-lidzhennya regymiv roboty dymovyh trub kotelen za umov glybo-kogo oholodgennya gaziv [Reseach of operating modes of chimneys of boiler-houses with deep cooling of gases]. Promyshlennaya teplotehnika, 4, 72-74. [in Ukrainian].
Presich, G. A. (2000). Obespechenie nadezhnoy raboty gazovogo trakta kotelnyh ustanovok s teploutilizatorami [Ensuring reliable operation of the gas pass of boiler plants with heat recovery units]. Promyshlennaya teplotehnika, 5-6, 77-81. [in Russian].
Shevchuk, S. I. (2011). Pidvyshchennya effektivnosty zastosuvannya teplovyh metodiv zahystu gazovidvidnyh traktiv kotelnyh ustano-vok z kondensatsiynymy teploutilizatoramy [Increase of heat methods efficiency of the gas-escape paths protection at the boiler plants with condensation heat utilizers]. Abstract of Cand. Sci. (Tech.) dissertation, Engineering Thermophysics and Industrial Heat Power Engineering. Kyiv, Ukraine, 20 p.
Shoyhet, B. M., Stavritskaya, L. V., & Bobkova, N. I. (2001). Teplo-vaya izolyatsiya metallicheskih stvolov dymovyh trub [Thermal insulation of metal shell of chimneys]. Energosberegenie, 5, 60-64. [in Russian].
Zhydovich, O. V., Alshevskiy, V. N., & Duzhyh, F. P. (1977). Oh-lazhdenie gazov v dymovyh trubah [Cooling of gases in chimneys]. ThermalEngineering, 9, 44-47. [in Russian].
Н. М. Фиалко, Р. А. Навродская, С. И. Шевчук, Г. А. Пресич, Г. А. Гнедаш
Институт технической теплофизики, НАН Украины, г. Киев, Украина
ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ГАЗООТВОДЯЩИХ ТРАКТОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Выполнены расчетные исследования относительно предотвращения конденсатообразования в газоотводящих трактах котельных установок при использовании методов: частичного байпасирования отходящих газов мимо теплоутилизатора, подмешивание к дымовым газам после теплоутилизатора нагретого воздуха, подсушивание этих газов путем их нагревания в поверхностных теплообменниках и метод теплоизоляции дымовых труб. Приведены принципиальные схемы котельных установок при применении систем теплоутилизации отходящих газов с использованием указанных методов защиты газоотводящих трактов. Показана эффективность метода байпасирования в широком практическом диапазоне изменения основных определяющих параметров. Для воздушного метода выявлены закономерности изменения тепловлажностного режима в газоотводящем канале котельной в зависимости от температуры нагретого подмешиваемого воздуха и его доли в общем расходе дымовых газов. Установлена зависимость необходимых для предотвращения конденсатообразования уровней подогрева дымовых газов от режимных параметров котлов и типа дымовой трубы для метода подсушивания отходящих газов. Приведены данные относительно эффективности применения для металлической и железобетонной без футеровки дымовых труб комплекса тепловых методов, в частности, подсушивания дымовых газов и внешней теплоизоляции корпуса трубы. По результатам сравнительного анализа эффективности указанных тепловых методов предотвращения конденсатообразования определены границы рационального применения каждого из них.
Ключевые слова: газопотребляющие котлы; глубокое охлаждение отходящих газов; предотвращение конденсатообразования; дымовые трубы разного типа.
N. M. Fialko, R. O. Navrodska, S. I. Shevchuk, G. O. Presich, G. O. Gnedash
Institute of Engineering Thermophysic, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine
HEAT METHODS OF THE GAS-ESCAPE CHANNELS OF BOILER INSTALLATIONS
BY HEAT-UTILIZATION TECHNOLOGIES APPLICATION
The article is devoted to research on the thermophysical substantiation of the application of thermal methods for the prevention of condensation formation in gas-escape tracks of gas-consuming boilers of municipal heat power engineering equipped with systems of deep utilization of exhaust gases. Considered such known thermal methods as: partial bypassing exhaust gas of the boiler past the heat utilizer, mixing with the heat utilizer of cooled gases the air, heated in the air heaters of the boiler, the drying of these gases in special heat exchangers, gas heaters, and also external thermal insulation of the chimney. To determine the effectiveness of these thermal methods, extensive parametric studies have been carried out at the standard operating conditions of the heating boilers for different types of chimneys: metal, brick, reinforced concrete with lining and without it. Influence regularities on heat and humidity condition in these chimneys are determined by such defining parameters as the boiler load, the exhaust gases temperature in the nominal regime, initial temperature of heating water in heat utilizer, the excess air factor and the thermophysical characteristics of the thermal insulation material. It is shown that the bypass method is effective for brick and reinforced concrete with lining of chimneys. For metal and reinforced concrete without lining of chimneys, this method is effective only at high levels of exhaust gas temperature behind the boiler in nominal mode and higher values of boiler load. Regarding the air method, the influence of the temperature of heated submerged air and its share in the total flow of flue gases on the heat and humidity regime in the gas-duct boiler-house was carried out. For the drying method, the dependencies required for the prevention of condensation formation of the heating levels of exhaust gases from the boiler parameters and type of the chimney are established. It is proposed and grounded application of thermal methods for metal and reinforced concrete without lining of chimneys, in particular, drying of exhaust gases and external thermal insulation of the pipe shell. As a result of the comparison of the efficiency of the considered thermal methods of condensation deviation, the limits of rational use of each of them are determined.
Keywords: gas-consuming boilers; deep cooling of exhaust gases; corrosion prevention; different types of chimneys.
