CC BY
69
Науковий вкник НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280223
Article received 23.03.2018 р. Article accepted 29.03.2018 р.
УДК 538.9:536.6
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
Ш
©
Eg] Correspondence author R. O. Navrodska navrodska-ittf@ukr.net
Н. М. Фiалко1, Р. О. Навродська1, Р. В. Днжос2, С. I. Шевчук1
11нститут техтчног теплофiзики НАН Украгни, м. Кигв, Украгна 2Миколагвський нацюнальний утверситет iм. В. О. Сухомлинського, м. Миколагв, Украгна
ВОДОГР1ЙН1 КОНДЕНСАЦ1ЙН1 ТЕПЛОУТИЛ1ЗАТОРИ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ НАНОКОМПОЗИЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В ДЛЯ ГАЗОСПОЖИВАЛЬНИХ ОПАЛЮВАЛЬНИХ КОТЛ1В
Викладено результати дослщжень ефективност використання в теплоутилiзацiйних технолопях газоспоживальних опа-лювальних котельних установок iз глибоким охолодження 'хшх вщхщних газiв водогрiйного теплоутилiзацiйного устатку-вання рiзного типу. Розглянуто устаткування, теплообмшш поверхнi якого компонувались з пучюв поперечно-оребрених труб двох видiв та гладкотрубних пучюв. Визначено для рiзних режимiв роботи котельних установок протягом опалюваль-ного перiоду такi вщносш характеристики даних поверхонь, як теплопродуктившсть на одиницю маси ще'' поверхш та И об'ем на одиницю теплопродуктивноси. Виконано порiвняльний аналiз зазначених характеристик при використанш для поверхонь теплообмшу традицiйних матерiалiв i полiмерних мiкро- i нанокомпозитiв з рiзними коефiцieнтами теплопровщ-ностi. За значеннями робочих температур теплообмшно'' поверхш iз мiкро- i нанокомпозитiв визначено п полiмерну матри-цю, а за величиною теплопровiдностi - необхщний склад наповнювачiв полiмеру, якими можуть слугувати мжрочастки алюмiнiю або вуглецевi нанотрубки. Показано, що для опалювальних котельних установок водогрiйне теплоутилiзацiйне устаткування iз вказаних нанокомпозицiйних матерiалiв за питомою теплопродуктивнiстю мае iстотнi переваги над тради-цiйно застосовуваними аналогами цього призначення.
Кл^чов^ слова: теплоутилiзацiйнi технологи; глибоке охолодження вщхщних газiв; полiмернi мiкро- i нанокомпозити; теплофiзичнi властивостi; ефективнiсть.
Вступ. В умовах дефщиту в Укрш'ш власних енерго-ресурав, зокрема природного газу, актуальным е по-дальший розвиток енергоощадних технологш для котельних установок у комунальнш теплоенергетиш (Оо-И^ку, et а1., 2014; Zimin, et а1., 2008; Fialko, et а1., 2000, 2003). Пвдвищення ефективносп використання палива в цих установках зазвичай реал1зуеться шляхом утил1за-цп теплоти в1дх1дних газ1в. Широке впровадження в ко-тельнях теплоутил1зацшних технологш 1з глибоким охолодженням цих газ1в 1 використанням теплоти паро-утворення стримуеться низкою проблем, пов'язаних здебшьшого з недостатньою ефектившстю устаткування систем теплоутил1зацп, його значними габаритами та варпстю, а також з необхвдшстю захисту газоввдвщ-них тракпв та стокових комушкацш цих котелень в1д корозшного руйнування, спричиненого утворюваним тд час глибокого охолодження газ1в кислим конденсатом ^а1ко, et а1., 2014).
Використання в теплоутил1зацшних технолопях но-
вих прогресивних матерiалiв на 0CH0Bi полiмерних мш-ро- i нанокомпозитiв (Kim, et al., 2016; Dinzhos, et al., 2014; Dolinskiy, et al., 2015a, 2015b), що характеризуются низкою ушкальних властивостей у плаш тепло-во1 ефективносп, мiцностi та корозшноТ стiйкостi, дасть змогу значною мiрою вирiшити зазначеш проблеми.
Мета дослiдження полягае у теплофiзичному обгрунтуваннi використання полiмерних мшро- i нано-композицiйних матерiалiв для виготовлення теплооб-мiнних поверхонь водогршного теплоутилiзацiйного устаткування котельних установок комунальноТ тепло-енергетики.
Матер1ал i методи дослвдження. Дослiдження ви-конували при використанш для котельних установок теплоутилiзацiйних технологш iз глибоким охолодженням ввдхвдних газiв. Схему котельно! установки, оснащено! ввдповщною системою теплоутилiзацil з використанням водогршного устаткування, наведено на рис. 1. Димовi гази ввд котла надходять у водогрiйний
Ыформащя про aBTopiB:
Фiaлко Нaтaлiя Михaйлiвнa, д-р техн. наук, професор, член-кореспондент НАН УкраТни, завiдувач вдошу. Email: nmfialko@ukr.net
HaBpoACbKa Pa'ica Олексaндрiвнa, канд. техн. наук, ст. науковий ствробггник, провщний науковий спiвробiтник.
Email: navrodska-ittf@ukr.net Дшжос PoMaH Володимирович, канд. фiз.-мат. наук, доцент. Email: dinzhosrv@gmail.com Шевчук CBrrnaHa iBaHiBHa, канд. техн. наук, ст. науковий ствробЬник. Email: s.i.shevchuk@gmail.com Цитувaння 3a ДСТУ: Фiалко Н. М., Навродська Р. О., Днжос Р. В., Шевчук С. I. ВодогрШш конденсацiйнi теплоутилiзатори i3 застосуванням нанокомпозицiйних матерiалiв для газоспоживальних опалювальних ко™в. Науковий вiсник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 2. С. 124-128.
Citation APA: Fialko, N. M., Navrodska, R. O., Dinzhos, R. V., & Shevchuk, S. I. (2018). Heating Condensation Heat-Outs with the Use of Nanocomposition Materials for Gas-Consuming Heating Boilers. Scientific Bulletin of UNFU, 28(2), 124-128. https://doi.org/10.15421/40280223
теплоутилiзатор 2, де охолоджуються при на^вант зворотно! тепломережно! води системи теплопоста-чання. Температура те! води зпдно з тепломереж-ним графжом зазвичай змiнюeться в межах 30-70 °С, що вiдповiдаe режиму роботи котла в iнтервалi температур навколишнього середовища -20 - +8 °С. Зi зменшенням температури tзв < 50 °С ввдбуваеться охо-лодження димових газiв нижче вiд точки роси водяно! пари, що метиться в газах, i конденсацiя частини те! пари на теплообмшних поверхнях теплоутилiзатора, тобто реалiзуеться конденсацiйний режим його роботи. Утворений конденсат для газового палива зазвичай мае водневий показник рН в межах 5-6. З огляду на це, наведена теплоутилiзацiйна система для ввдвернен-ня конденсатоутворення у газовщвщному трактi осна-щуеться газопщ^вачем 3, в якому вiдбуваеться тд-сушування охолоджених в теплоутилiзаторi димових газiв шляхом !х пiдiгрiвання. Необхщний рiвень цього пiдiгрiвання визначаеться умовами охолодження газiв у вiдвiдних каналах та димовш трубi 4. Утворений конденсат надходить до збiрника 6, а далi - систему вщведення конденсату, яка може оснащатись нейтра-л1затором.
зворотна
тепломсрсжна вода ■ Рис. 1. Принципова схема котельно! установки з водогршним теплоутил1затором: 1) котел; 2) теплоутил1затор; 3) газопщгрь вач; 4) димова труба; 5) димосос; 6) зб1рник конденсату
Перспектившсть використання полiмерних мiкро- i нанокомпозипв для виготовлення елементiв теплоути-лiзацiйних установок, що працюють в умовах впливу агресивного конденсату, пов'язана з тдвищеною коро-зiйною стiйкiстю цих композипв. Окрiм цього, останнi, маючи близью теплопровiднi властивостi з традицшни-ми аналогами - корозiйностiйкими сталями, можуть ма-ти переваги над цими аналогами i за масогабаритними, цшовими показниками тощо.
У робот виконано порiвняльний аналiз основних характеристик водогршних теплоутилiзаторiв iз полiмер-них мiкро- i нанокомпозитiв та традицшних матерiалiв. Характеристики теплообмiнних поверхонь з полiмер-них мiкро- i нанокомпозитiв порiвнювали з вiдповiдни-ми показниками для поверхонь, що зазвичай застосову-ють у таких ситуацях. Цi з^авлення проводили за умови однакових теплопдрамчних режимiв роботи теплообмiнних апаратiв, тобто за тих самих теплопро-дуктивностей, дiапазонiв робочих температур i тисшв, витрат теплоноспв тощо. При цьому порiвняльний ана-лiз виконували в дiапазонi змiни вiд 30 до 100 % наван-таження котла зпдно з температурою навколишнього середовища за тепломережним графiком з темпера-турним перепадом 70-95 °С. Теплопродуктивнiсть котла, температура його вщхщних газiв та ККД, коефщент надлишку повiтря в номiнальному режимi становили 2 МВт, 160 °С, 92 % та 1,1 ввдповщно. До того ж врахо-вували, що за регламентом зi зменшенням навантажен-ня котла до 50 % вщбуваеться його переведення в номь
нальний режим роботи з подальшим зниженням наван-таження згiдно з тдвищенням температури tнс. За цих умов у котельт вiдповiдно зменшуеться шльшсть кот-лiв, що працюють.
Основними показниками для порiвняння ефектив-носп теплообмiнних поверхонь слугували: питома теп-лопродуктивнiсть Q* (теплопродуктивнiсть на одиницю маси вказано! поверхнi) та ввдносний об'ем V* (об'ем поверхнi на одиницю утилiзованоl теплоподуктивнос-тi). Ця теплопродуктивнiсть Q характеризуе теплову ефективтсть водонагрiвача, а вiдносний об'ем V* е важливим показником компактностi теплоутилiзацiйно-го устаткування. Значення показника V* набувае особливого значення за умови обмежених площ котелень i мае враховуватися тд час проектування систем тепло-утилiзацi!.
Стосовно конструкцшних характеристик теплооб-мiнних поверхонь, то для водогршних теплоутилiзато-рiв як традицшт поверхнi розглядали пучки гладких i плоскоовальних оребрених труб iз нержавшчо! сталi, а також пучки оребрених бiметалевих труб (зi сталевою основою з вуглецево! сталi та алюмшевим оребрен-ням). У разi застосування полiмерних композитiв при розглядi використовували гладкотрубт пучки.
Для вказаних пучков внутрiшнiй дiаметр труб приймали 25 мм, товщину стiнок труб сталевих та з по-лiмерних композитiв - 3,5 мм. Висота оребрення iз алюмiнiю становила 11 мм, а мiжреберний крок -3,5 мм. Геометричт параметри плоскоовальних труб приймали зпдно з даними (Pismenny, 2007).
Композит, необхiдний для водогршного теплоутилi-затора, вибирали, по-перше, зважаючи на те, що максимальна температура експлуатацп робочо! поверхнi не мае перевищувати значення найбшьшо! температури стiнки теплообмшно! поверхнi, i, по-друге, коефiцiент теплопроввдносп цих матерiалiв повинен визначатися зпдно з вимогами щодо необхщних значень теплопро-вiдностi таких поверхонь.
Щодо застосовуваних полiмерних композитiв, то !х-нi коефiцiенти теплопровiдностi змiнювались тд час розрахунк1в у дiапазонi 0,2-30 Вт/(мК). Перше з вказаних значень вщповвдае коефiцiенту теплопровiдностi ненаповнено! полiмерно! матрицi, друге - нержавшчо! сталi.
Результати дослiдження. Характернi результати виконаних дослвджень наведено на рис. 2, що iлюструе залежнiсть питомо! теплопродуктивностi та вiдносного об'ему водогршних теплоутилiзаторiв вiд режиму роботи котла впродовж перiоду опалення вщповщно до температур навколишнього середовища -20 - +10°С.
Як видно з рис. 2, а, характер залежносп Q* = I/(tнс) мае спшьт особливостi для всiх розглянутих титв во-догрiйних теплоутилiзаторiв. А саме, з тдвищенням 4с вiд -20 до -5 °С величина Q* зменшуеться, що зумовле-но зниженням навантаження котла до 50 %. За 4с ~ -5 °С рiзко зростае питома теплопродуктившсть тепло-утилiзаторiв завдяки переводу котла в номшальний режим роботи i вiдповiдному зростанню витрати i температури димових газiв на входi в теплоутилiзатор. Подальше тдвищення температури tнс призводить до зни-ження величини Q* через зменшення навантаження котла. Варто зазначити, що штенсившсть вказаного зниження Q* iстотно вiдрiзняеться для рiзних титв утилiзаторiв.
Рис. 2. Залежтсть питомо' теплопродуктивност Q* (а) та вщ-носного об'ему V* (б) водонагр1вача в1д температури навко-лишнього середовища 1нс при застосуванш поверхонь теплооб-мшу з р1зними пучками труб: 1-3) 1з нанокомиозилв (X = 30, 5, 1 Вт/(мК)); 4) 1з ненаповненого пол1меру (X = 0,2 Вт/(мК)); 5) б1металевих оребрених труб (X = 200 Вт/(мК) для алюмшю i X = 40 Вт/(мК) для вуглецево' стал1); 6, 7) гладких труб i плоскоовальних труб з оребренням 1з нержавточо' стал1 (X = 30 Вт/(м-К))
Як свщчать даш, наведет на рис. 2 (а), найб1льш1 значения питомо' теплопродуктивност Q* в усьому д> апазош змши температури навколишнього середовища вщповщають теилоутил1затору з иол1мерного компози-цшного матер1алу, коефщент теплопровщност якого дор1внюе 30 Вт/(мК). Найнижчими значеннями Q* ха-рактеризуються теплоутил1затори, що компонуються гладкотрубними пучками з нержавдачо! сталь При цьому величини Q* для вказаних теплоутил1затор1в вщ-р1зняються у 4-6 раз1в.
Привертае увагу той факт, що в1дм1нност1 у значен-нях питомо! теилоиродуктивиостi Q* для пол1мерних композипв з X = 30 Вт/(м К) та 5 Вт/(м К) е незначними i не перевищують 7 %. Це пояснюють вiдиосио невеликим термiчиим опором стшки теилоутилiзатора з пол> мерного матерiалу иорiвияио з термiчиим оиором теп-ловiдцачi з боку димових газiв.
Згiдио з отриманими даними, иитома теплопродук-тивиiсть Q* для теилоутилiзаторiв з усiх розглянутих полiмерних комиозитiв (X = 30; 5; 1 Вт/(мК)), врахову-
ючи ненаповнений композит (X = 0,2 Вт/(мК) е вищою, иiж для теплоутилiзаторiв з иержавiючоi' сталi (гладкот-рубш та оребреиi иучки), що пов'язано з и високою ии-томою вагою. Теплоутилiзатори з бiметалевих оребрених труб характеризуются iстотио вищими значеннями Q*, иiж теплоутилiзатори з иержавiючоi' сталi. Це зумовлено високою тепловою ефектившстю бiметале-вих труб та !хньою меншою иитомою вагою.
Отже, як показали проведет дослщження, за таким важливим показником теилово! ефективиостi, як иитома теплопродуктившсть водогрiйиi теилоутилiзатори з полiмерних комиозитiв мають iстотиi иреваги над теп-лоутилiзаторами з иержавiючоi' сталь
На рис. 2 (б) наведено дат щодо вщносного об'ему водогршних теилоутилiзаторiв для рiзиих температур навколишнього середовища. Ц залежиостi мають яюс-но однаковий характер для рiзних тииiв теплоутилiзато-рiв. При цьому даний характер е протилежним тому, що мае мюце для залежност Q* = Д/ж). Наведеиi дат свщ-чать иро те, що найбшьшою комиактиiстю (найменши-ми значеннями V*) характеризуются иучки бiметале-вих труб. Дещо иостуиаються 'м за компактшстю иучки iз плоскоовальними трубами з нержавдачо! сталi. Вели-чини V* для гладкотрубних пучив з нержавдачо! сталi та майже вах розглянутих иолiмериих комиозитiв вщ-рiзняються иеiстотио та приблизно в три рази перевищують вщповщш значення для иучкiв бiметалевих труб. Щодо пучюв труб з иеиаиовиеиого полiмеру, то вони е иайбiльш габаритними i менш компактними в 1,6-2,4 раза, шж вiдиовiдиi иучки з полiмерних компо-зитiв.
За результатами виконаних дослiджеиь можна зро-бити висновок, що водогршш теилоутилiзатори з пол> мерних комиозитiв за компактшстю иостуиаються теп-лоутилiзаторам з оребрених труб. Цю обставину пот-рiбно брати до уваги иiд час проектування теплоутил> зацiйиих систем у котельнях, обмежених за илощею.
Проведено також дослщження щодо визначення максимально' температури теплообмшно! иоверхиi во-дона^вача ири комиоиуваииi !! з полiмерних мiкро- i иаиокомиозитiв (рис. 3). Цю температуру, як вщомо, потрiбно враховувати у виборi складу композиту.
Як свiдчать результати розрахуикiв (див. рис. 3), максимальш значення температури /тх поверхиi станок водогршних теплоутилiзаторiв е вiдносно невисо-кими i близькими до температури названо' води. У дь апазонi змши температури димових газiв у номшально-му режимi /н вiд 150 до 200 °С вказанi максимальш температури не перевищують 75 °С. Для вшх типiв теп-лоутилiзаторiв з полiмерних композитiв наявне незнач-не зростання максимально' температури теплообмiнноi' поверхнi зi збiльшенням рiвня температур /н . З отрима-них результатiв дослiджень максимальних температур станок водогрiйних теплоутилiзаторiв випливае, що матрицею для полiмерних композитiв може бути пол> етилен з вiдносно низькою максимальною температурою ексилуатаци (115 °С). Щодо наповнювача цього полiмеру, то для забезпечення вiдповiдного коефщента теплопровiдностi полiмерного мiкро- та нанокомпозиту можна застосовувати рiзнi матерiали. В шститута роз-роблено типоряд полiмерних мiкро- i нанокомпозитiв, призначених для застосування в теплоутилiзацiйному устаткуваннi (ОоП^ку, й а1., 2015).
126
Науковий вкник НЛТУ Украши, 2018, т. 28, № 2
Scientific Bulletin of UNFU, 2018, vol. 28, по 2
.max op 4IOB ' ^ 1 -A-3 -e-4
)
M
150 160 170 180 190 t",° С Рис. 3. Залежшсть максималь^ температури /Повх noBepxHi теплообмiну водона^вача вiд температури /Н вiдхiдних ra3iB котла в номiнальному режимi котла при застосуванш поверхонь теплообм^ Î3 нанокомпозитiв з рiзними коефщентами теплопровiдностi: 1 - X = 30 Вт/(мК), 2 - 5 Вт/(мК), 3 -1 Вт/(м-К), 4 - 0,2 Вт/(м-К)
Вiдповiдно до цього типоряду в табл. наведено значення концентрацш рiзних наповнювачiв (м^очасти-нок алюмiнiю Al та вуглецевих нанотрубок ВНТ) для розглянутих у роботi значень теплопровщност тепло-обмiнноï поверхнi водонагрiвачiв iз мiкро- та наноком-позитiв при застосуванш полiмерною матрицею поль етилену (ПЕ).
Табл. Характеристики потмерних мжро- i нанокомпози-
TiB для теплообмшних поверхонь водогршного _теплaутилiзацiйнaгa устаткування_
Теплопровщ- Тип поль Тип Частка
шсть À, Вт/(м К) меру наповнювача наповнювача, %
1 ПЕ Al 2,1
5 ПЕ Al 2,7
10 ПЕ Al 3,0
20 ПЕ Al 4,3
25 ПЕ ВНТ 3,2
30 ПЕ ВНТ 2,8
Висновки
1. Виконано анатз ефективностi застосування полiмерних мiкро- i нанокомпозитiв для теплообмiнних поверхонь водо^йних теплоутилiзаторiв вiдхiдних газiв котель-них установок за рiзних значень теплопроввдносп заз-начених матерiалiв.
2. Проведено зютавлення таких характеристик теплообмшних поверхонь, як теплопродуктивнiсть Q* на одиницю маси теплообмшно! поверхш та об'ем V* на одиницю И теплопродуктивносп для пропонованих тепло-утилiзаторiв з нанокомпозицiйних матерiалiв i тради-цiйних аналогiв. Встановлено, що за питомою теплоп-родуктивнютю Q* пропонованi теплоутилiзатори пе-ревищують аналоги з корозiйностiйкоl сталi в 2-7 ра-зiв.
3. За значениями робочих температур теплообм1нно! поверхш теплоутил1затор1в з композицшних матер1ал1в показано, що пол1мерною матрицею для наповнення м1кро- та нанокомпозитами може слугувати пол1етилен.
Визначено необхiдний склад наповнювачiв для ще! мат-
рицi.
Перелж використаних джерел
Dinzhos, R. V., Fialko, N. M., & Lysenkov, E. A. (2014). Analysis of the thermal conductivity of polymer nanocomposites filled with carbon nanotubes and carbon black. Journal of Nano-and Electronic Physics, 6(1), 1015, 1-6.
Dinzhos, R. V., Lisenkov, E. A., Fialko, N. M., & Klepko, V. V. (2014). Vplyv metodu vvedennya napovnyuvacha na teplofizychni vlastyvosti system na osnovi termoplastychnykh polimeriv ta vuh-letsevykh nanotrubok [Influence of the method of filling the filler on the thermophysical properties of systems based on thermoplastic polymers and carbon nanotubes]. Physical surface engineering, 12(4), 446-453. [in Ukraine].
Dolinskiy, A. A., Fialko, N. M., Dinzhos, R. V., & Navrodskaya, R. A. (2015b). Teplofizicheskiye svoystva polimernykh mikro i nanokompozitov na osnove polikarbonata [Thermophysical properties of polymer microand nanocomposites based on polycarbonate]. Promyshlennaia teploehnika, 37(2), 12-19. [in Russian].
Dolinskiy, A. A., Fialko, N. M., Dinzhos, R. V., et al. (2015a). Teplofizicheskiye svoystva nizkoy teploprovodnosti polimer-nykh nanokompozitov dlya elementov energeticheskogo oboru-dovaniya [Thermophysical properties low thermal conductivity of polymer nanocomposites for the elements of power equipment]. Promyshlennaja teplotechnica, 37(6), 5-16. [in Russian].
Dolinsky, A. A., Fialko, N. M., Dinzhos, R. V., et al. (2015c), Teplofi-zicheskie harakteristiki vysokoteploprovodnyh polimernyh mikro- i nanokompozitov [Thermophysical characteristics of higt-conducti-vity polymeric micro- and nanocomposities]. Promyshlennaya tep-lotekhnika, 5, 5-14. [in Russian].
Dolinsky, A. A., Fialko, N. M., Navrodskaya, R. A., et al. (2014). Osnovnye printsipy sozdaniya teploutilizatsionnyh tehnologiy dlya kotelnyh maloy teploenergetiki [Basic principles of creating heat recovery technologies for small boilers houses power engineering]. Promyshlennaya teplotekhnika, 4, 27-36. [in Russian] .
Fialko, N. M., Aronov, I. Z., Navrodskaya, R. A., et al. (2003), Effek-tivnost primeneniya kondensatsionnykh teploutilizatorov v siste-makh teplosnabzheniya [Efficiency of the use of condensation heat recovery units in heat supply systems]. Promyshlennaia teploehnika, 25(3), 36-41. [in Russian].
Fialko, N. M., Gomon, V. I., Navrodskaya, R. A., et al. (2000). Oso-bennosti metodiki rascheta poverkhnostnykh teploutilizatorov kon-densatsionnogo tipa [Peculiarities of the calculation procedure for surface heat exchangers of condensation type]. Promyshlennaia teploehnika, 22(2), 49-53. [in Russian].
Fialko, N. M., Navrodskaya, R. A., Shevuk, S. I., et al. (2014). Tep-lovyye metody zashchity gazootvodyashchikh traktov kotelnykh ustanovok s glubokim okhlazhdeniyem dymovykh gazov [Thermal methods for protecting gas exhaust ducts of boiler plants with deep cooling of flue gases]. Sovremennaya nauka: issledovaniya, idei, rezultaty, tekhnologii, 2, 13-17. [in Russian].
Kim, H., Bae, H., Han, Z., Yu, J., & Kim, S. (2016). Thermal conductivity of polimer composites with the geomectrical characteristics of grapheme nanoplatelets. Scientific Reports, 6, 101-109.
Pismenny, E. N. (2007). Novye effektivnye razvitye poverkhnosti tep-loobmena dlya resheniia zadach energo- i resursosberezheniia [New effective developed heat exchange surfaces for solving energy and resource saving problems]. Promyshlennaya teplotehnika, 23(5), 716. [in Russian].
Zimin, L. B., & Fialko, N. M. (2008). Analis effectivnosty yeplona-sosnyh sistem utilizatsii teploty kanalizatsionnyh stokov dlia teplos-nabzhenia sotsialnyh obektov [Analysis of the efficiency of heat pump systems for the utilization of heat of sewage for the heat supply of social facilities]. Promyshlennaia teplotehnika, 30(1), 7785. [in Russian].
Н. М. Фиалко1, Р. А. Навродская1, Р. В. Динжос2, С. И. Шевчук1
1 Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев, Украина 2 Николаевский национальный университет им. В. А. Сухомлинского, г. Николаев, Украина
ВОДОГРЕЙНЫЕ КОНДЕНСАЦИОННЫЕ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ГАЗОПОТРЕБЛЯЮЩИХ ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЛОВ
Изложены результаты исследований эффективности использования в теплоутилизационных технологиях газопотребляющих отопительных котельных установок с глубоким охлаждением их отходящих газов водогрейного теплоутилизационного оборудования различного типа. Рассмотрено оборудование, теплообменные поверхности которого состояли из пучков поперечно-оребренных труб двух видов и гладкотрубных пучков. Определены для разных режимов работы котельных установок на протяжении отопительного периода такие относительные характеристики данных поверхностей, как теплопроп-ризводительность на единицу массы этой поверхности и ее объем на единицу теплопропроизводительности. Выполнен сравнительный анализ указанных характеристик при использовании для поверхностей теплообмена традиционных материалов и полимерных микро- и нанокомпозитов с разными коэффициентами теплопроводности. По значению рабочих температур поверхности теплообмена из микро- и нанокомпозитов определена ее полимерная матрица, а по величине теплопроводности - необходимый состав наполнителей полимера, которыми могут служить микрочастицы алюминия или углеродные нанотрубки. Показано, что для отопительных котельных установок водогрейное теплоутилизационное оборудование из указанных нанокомпозиционных материалов по удельной теплопроизводительности имеет существенные преимущества над традиционными аналогами данного назначения.
Ключевые слова: теплоутилизационные технологи; глубокое охлаждение отходящих газов; полимерные микро- и нано-композиты; теплофизические свойства; эффективность.
N. M. Fialko1, R. O. Navrodska1, R. V. Dinzhos2, S. I. Shevchuk1
1 Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine 2Mykolayiv National University named after V. O. Sukhomlynsky, Mykolayiv, Ukraine
HEATING CONDENSATION HEAT-OUTS WITH THE USE OF NANOCOMPOSITION MATERIALS FOR GAS-CONSUMING HEATING BOILERS
The authors have presented the results of research on the efficiency of using gas-consuming heating boiler plants in deep heat recovery technologies with deep cooling of their waste gases of water-heating heat recovery equipment of various types. When carrying out the research, the traditionally used equipment was considered, the heat exchange surfaces of which consisted of bundles of smooth and cross-cut pipes of two types. In one of these types, bimetallic pipes (with a steel base and aluminium fins) were used, in the other flat-oval pipes with plate-shaped rectangular finning. As the surface material for these flat-oval pipes and smooth-tube bundles, alloy steel was used. The authors suggest using polymer micro- and nanocomposites as a material for the heat exchange surface for water heat recovery. In this case, these surfaces should be composed of bundles of smooth tubes. During the research for different operating modes of boiler plants during the heating period, such basic relative characteristics of these surfaces were determined, such as thermal permeability per unit mass of this surface and its volume per unit of heat capacity. A comparative analysis of these characteristics is made when using traditional heat exchange surfaces and surfaces made of polymeric micro- and nanocompo-sites with different heat conductivity coefficients for water heat recovery heaters. The value of the working temperatures of the heat transfer surface from micro- and nanocomposites is determined by its polymer matrix, and by the thermal conductivity the necessary composition of polymer fillers, which can be aluminium microparticles or carbon nanotubes. Thus, we have shown that in order to heat boiler plants, the hot-water heat recovery equipment of these nanocomposite materials by specific heat output has significant advantages over traditional analogues of this purpose.
Keywords: heat recovery technologies; deep cooling of waste gases; polymeric micro- and nanocomposites; thermophysical properties; efficiency.
