Д.т.н. А.П. Баскаков, д.т.н. В.А. Мунц., к.т.н. Н.Ф. Филипповский,
Р.Н. Галимулин, аспирант, И. С. Пальчиков, аспирант,
Уральский Государственный Технический университет - УПИ, кафедра ПТЭ
Повышение цены газообразного бензина и ограничение газоснабжающими организациями размеров его пользования делает интересным наиболее глубочайшее замораживание товаров сгорания в отопительных и энергетических котлах. Конденсация водяных паров, содержащихся в уходящих газах, на остужающих поверхностях интенсифицирует термообмен, повышает теплосъем с плоскостей нагрева и при явных параметрах остужающей среды дозволяет осушить продукты сгорания, исключив выпадение росы на внутренних поверхностях газоходов и дымовой трубы.
Именно в данный момент газы выбрасываются из котлов с температурой 120 - 200 ОС (в неких вариантах и повыше), собственно приводит к завышенным ненормативным затратам бензина на выработку тепловой энергии. В то же время, при сжигании естественного газа экономически имеет смысл и технически вероятно понижение температуры уходящих газов до 50 - 90 ОС исходя из точных критерий.
Охладитель дымовых газов из железных трубок с дюралевым оребрением
Для понижения температуры уходящих газов за паровым котлом ШБ-А7 в котельной УГТУ-УПИ, использующей в виде горючего естественный газ, был установлен ребристый теплообменник, с габаритными объемами 1857x1575x180 мм.
Его плоскость термообмена (с учетом ребер) сочиняет 91,8 м2.
Охладитель установлен в умышленно смонтированном обводном горизонтальном газоходе меж воздухоподогревателем и дымососом. Для регулировки расхода уходящих газов через охладитель за заключительным установлен шибер. Предельное число газов, проходящих через охладитель, сочиняло 40% от единого числа уходящих из котла газов. Для отвода конденсата из газохода в его нижней доли, за охладителем, врезан слив.
Целью проведения изысканий было определение теплотехнических характеристик охладителя при разных отягощениях котла, также отработка фактических качеств глубочайшего замораживания товаров сгорания, для начала - предупреждение ржавчины и забивания частей охладителя при долгой эксплуатации.
В период экспериментов производились замеры последующих характеристик: температуры уходящих газов на входе и выходе из охладителя и перед дымососом (опосля смешения), расход воды через охладитель, температуры воды на входе и выходе из охладителя, число водяных паров, сконденсировавшихся из уходящих газов (рис. 1).
На рис. 2 представлена приобретенная экспериментально зависимость коэффициента теплопередачи (отнесенного на оребренную плоскость) от температуры стены охладителя и скорости дымовых газов (перегрузки котла).
Для сопоставления, при тестированиях подобного теплообменного агрегата [1] при центральной скорости газов 1,83 м/с и центральной температуре стены ~11 ОС коэффициент теплопередачи составил 48,9 Вт/м2 К при гораздо большей скорости воды в трубках (в 3 раза), собственно сравнимо с плодами наших изысканий.
Последствия осмотра охладителя
В последствии остановки котла 12.05.1999 грам. на ремонт зрительный осмотр ребер и внутренних плоскостей (опосля вскрытия) распределительно-сборных коллекторов и трубок охладителя обнаружил последующее:
1. Как на входе газов в охладитель, но и на выходе газов из охладителя алюминий покрылся белоснежным жестким налетом. Центральная часть труб (площадью в пределах 0,25 м2) на входе смотрелась как новенькая. Возможно, данное соединено с завихрениями газового потока перед охладителем.
2. В местах стыка алюминия со железными трубками отпечатков подтеков и течей не наблюдалось.
3. На входе горячих газов в охладитель в первом и втором (по ходу газов) рядах труб наблюдались не слишком заметные отпечатки подтеков воды в местах сварки железных труб с трубной дощечкой. Места подтеков пребывали в нижней доли охладителя (1÷8 ряд трубок), куда сервировалась прохладная вода.
4. Внутренняя поверхность распределительно-сборных коллекторов и труб была покрыта железо-окисными отложениями. отложения на вид бугристые (1÷5 мм), прочносцепленные с поверхностью сплава; нижний слой темный, верхний - бурый. В составе этих отложений содержание окислов железа обыкновенно добивается 80 ÷ 90 %.
Хим характеристики водопроводной (недеаэрированной) воды, используемой в виде носителя тепла в охладителе, последующие: общественная твердость ЖО= 1500 мкг-экв/л; общественная щелочность ЩО =1,0 мг-экв/л; содержание хлоридов СГ = 11 ÷12 мг-экв/л.
Для избегания стремительного забивания охладителя вероятны последующие варианты:
1. Внедрение теплопередающих трубок из нержавеющей стали, латуни, меди или титана.
2. Использование трубок наибольшего поперечника(даже 0 16 мм взамен принятой на вооружение нами в теплообменнике первого поколения 12x1,5 мм).
3. Внедрение воды наилучшего свойства, к примеру сетевой.
Капитальные издержки на реализацию плана на декабрь 1998 грам. составили 70 тысячи рублей Установка теплообменника окупается за 4 мес. эксплуатации с помощью получения доборной тепловой энергии на нищеты отопления.
Теплофикационный экономайзер
В 2000 грам. заместо описанного был установлен и удачно действует до истинного времени теплофикационный экономайзер 2 поколения. В теплообменнике подогревается обратная сетевая вода. Внутренней ржавчины не наблюдалось, ибо сетевая вода деаэрируется и обрабатывается антинакипином СК-110. Так как температура воды превосходит температуру точки росы в продуктах сгорания (55 ОС), конденсации водяных паров из товаров горения не происходило.
Охладитель из нержавеющей стали с дюралевым оребрением на трубках
Сегодня спроектирован и приготовляется к монтажу охладитель третьего поколения - с дюралевым оребрением на трубках из нержавеющей стали. Таковой выбор которые были использованы дозволяет освежать дымовые газы «сырой» водопроводной водой с температурой гораздо ниже температуры точки росы (5-15 ОС) в отсутствии озабоченности ржавчины внутренних плоскостей нагрева. Конденсат намерена в нижней доли газохода в особый кармашек и в последствии декарбонизации и деаэрации употребляется в виде сытной воды для котлов. Созданная нами особая схема подключения теплообменника разрешает охладить уходящие газы до 70 ОС, в одно и тоже время осушая их (температура точки росы снижается до 30 ОС).
Установка такового теплообменника дозволяет увеличить КПД котла до 106 % (по низшей теплоте сгорания) и окупается по расчету за 2 мес. эксплуатации с помощью выработки вспомогательного тепла.
Опыт по тепло- и массообмену
Вдоль с экспериментами с охладителем изучался термообмен меж продуктами сгорания естественного газа на выходе из котла ШБ-А7 и поперечно обтекаемой водоохлаждаемой трубкой.
Целью изыскания было нахождение зависимости коэффициента теплоотдачи от глубины переохлаждения стены трубки ниже температуры точки росы и сопоставление расчетных этих с экспериментом. Так как разницу концентраций водяных паров в размере и у стены трубки не слишком велика и теплофизические характеристики газа изменяются по толщине пограничного слоя не имеет большого значения, для оценки интенсивности массообмена возможно применение аналогии действий с тепло- и массообмена [2]. Приведенный (с учетом теплоты конденсации водяных паров) коэффициент теплоотдачи растет с сокращением температуры стены по мере повышения числа конденсирующегося на ней пара. При многократной температуре стены и сосредоточения водяных паров в дымовых газах доля конденсационной сочиняющей в приведенном коэффициенте теплоотдачи не находится в зависимости ни от скорости газов, ни от поперечника трубки.
Среднеквадратичная оплошность опыта составила ± 8,25% (рис. 3).
Выводы
1. Коэффициент теплоотдачи от мокрых товаров сгорания естественного газа к остужающей стенке трубы значимо повышается по мере понижения температуры стены до 30 ОС.
2. Применение аналогии действий тепло- и массообмена для расчета суммарного теплового потока выделяет довольно верные итоги, схожие с данными экспериментов.
3. Использование ребристых биметаллических экономайзеров, включаемых в поток по разработанной нами схеме, разрешает отлично понизить температуру уходящих газов до 70 ОС и ниже с конденсацией большей доли содержащихся в продуктах сгорания водяных паров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудинов А.А., Антонов В.А., Алексеев Ю.М. Анализ эффективности применения конденсационного
теплоутилизатора запаровым котлом ДЕ-10- 14ГМ // Промышленная энергетика. 1987, № 8. С. 47 - 49.
2. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент:Справочник/
Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М.:Энергоиздат, 1982. 512 с.
3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981.