Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Таким образом, с точки зрения сбережения ресурсов пластинчатые оребренные теплообменники-утилизаторылучше теплообменников-утилизаторов с промежуточным теплоносителем, поскольку суммарная поверхность последних приблизительно в два раза больше, чем у первых.На практике часто встречаются случаи, когда в одной установке имеется сразу несколько ВЭР, теплотукоторых можно полезно использовать.
При этом возникает вопрос о последовательности их использования. Рассмотрим этот вопрос на примере одноступенчатой выпарной установки (рис. 5).Вторичный парГреющий пар12Креп кийраствор2КонденсатРис.5 Использование тепла ВЭР в однокорпусной выпарной установке.1 – выпарной аппарат; 2 – теплообменные аппараты73В установку входит исходный продукт – слабый раствор соли, и греющий пар, обеспечивающий удаление влаги из слабого раствора.
Из выпарной установки выходит вторичный пар, крепкий раствор, являющийся технологическим продуктом, и конденсат рабочего пара. Слабый раствор, поступающий навыпаривание, необходимо нагреть до температуры кипения. Для этого можно использовать либо частьрабочего пара, либо уходящие из установки ВЭР.Все выходящие из установки ВЭР имеют различное теплосодержание и различные расходы. Наибольшее теплосодержание имеет вторичный пар. Тепловой поток, который можно полезно использовать составляет:Q = W (r + cp∆T),где W – расход вторичного пара, r – удельная теплота парообразования, ср – теплоемкость воды, ∆T –разность температур вторичного пара и слабого раствора. Однако температура вторичного пара ниже,чем температура кипения раствора из-за наличия температурной депрессии и нагреть им слабый раствор до температуры кипения нельзя.Использование теплоты конденсата для подогрева слабого раствора не приведет к желаемому результату. Несмотря на то, что конденсат имеет высокую температуру, его количества недостаточно, чтобыподогреть слабый раствор до нужной температуры.
Крепкий раствор также не имеет ни достаточнойтемпературы, ни достаточного расхода, чтобы обеспечить необходимую температуру слабого раствора.Решить задачу позволяет последовательность использования ВЭР, изображенная на рис. 5. При наличии в установке нескольких ВЭР важно помнить о том, что по возможности сначала следует использовать тепло самого низкого потенциала - т.е.
тепло среды, имеющей самую низкую температуру. Чем ниже температура ВЭР, тем более ограничена область его использования. Теплота ВЭР с высокой температурой имеет больше возможностей для внешнего использования. Однако следует иметь в виду, чтоиспользование нескольких теплообменных аппаратов может быть не оправдано из-за высоких капитальных затрат.
Наилучший вариант выбирается из оптимизационных технико-экономических расчетов.Применение оросительных теплообменников для утилизации тепла отходящих газовОдним из способов повышения эффективности использования топлива в топливоиспользующих агрегатах, в том числе в котельных установках, является утилизация тепла уходящих газов (тепловые ВЭР)путем использования рекуперативных, смесительных, комбинированных аппаратов, работающих приразличных приемах использования теплоты, содержащейся в уходящих газах.Применение рекуперативных теплообменников для утилизации тепла уходящих газов из котельной установки обеспечивает повышение коэффициента использования топлива η. Снижение температурыуходящих газов на 15÷20оС при использовании в качестве топлива природного газа соответствует увеличению η на 1%.
Для охлаждения парогазовой смеси, использование рекуперативных теплообменниковработающих в конденсационном режиме (температура рекуперативной поверхности ниже температурыточки росы) приводит к увеличению η на 1% уже при снижении температуры уходящих газов на 3÷4оС.Известно, что температуру уходящих из котла газов принимают не менее 120÷130оС по двум причинам:–для исключения конденсации по газоотводящему тракту вплоть до выхода в атмосферу водяных паров;–для увеличения естественной тяги, снижающей необходимый напор дымососа.Наиболее важная первая из отмеченных причин. Покажем теоретические возможности снижения температуры уходящих газов ниже указанных выше значений, не приводящих к появлению конденсата настенках газоотводящего тракта.
Для предупреждения конденсации водяных паров в газоходах и дымовой трубе можно использовать частичное байпасирование горячих газов (рис. 6).Из рис. 6 очевидно, что разделение на два потока уходящих из котла газов, имеющих температуру t у(точка Е) позволяет путем охлаждения и осушения одного из них в конденсационном теплообменнике доt 'у (точка М) иметь после смешения (точка У) более низкие значения температуры t 'у' , влагосодержанияdу и температуры точки росы t p' ' .74Особенностью процессов глубокого охлаждения парогазовых смесей является изменение их количествавследствие конденсации части водяных паров, для расчета которого можно использовать выражение:[()]()∆ Wwn = Wсгпо + Wсвпо α ух − 1 d'у − d'у' × 10 −3 ,где:∆ Wwп - приведенное количество получаемого из продуктов сгорания конденсата;по- приведенный теоретический расход сухого дутьевого возWсвподуха Wсв=1,415;Wсгпо - приведенное теоретическое количество сухих продуктовсгорания, Wсгпо =1,333;α ух - коэффициент избытка воздуха продуктов сгорания в газоходе перед КТ;d'у - начальное влагосодержание продуктов сгорания (перед теплоутилизатором), г/кг с.г.;d'у' - влагосодержание насыщенных продуктов сгорания (на выходе из теплоутилизатора), г/кг сухого газа.Рис.
6. Принципиальная схема байпасирования уходящих газов и изображение изменения их состояния в H-d- диаграммеПриведенные характеристики рассчитаны по отношению к низшей теплоте сгорания топлива Qнс , Ккал/м3. Значения d'у и d'у'могут быть рассчитаны по приближенным формулам Л.Г. Семе-нюкаd'у = (0,13 + d0 α ух ) /(α ух − 0,058),где d0 - влагосодержание дутьевого воздуха, г/кг сухого воздухаd'у =0,0006382 + 0,004α ух0,199 + α ух× exp(0,62 t "у ),"где t у - температура уходящих продуктов сгорания на выходе из теплоутилизатора, °С.По величине ∆ Wwпо рассчитывается абсолютное количество конденсата ∆ Ww , которое может быть получено при охлаждении продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м3 природного газа.
Например, при α ух = 1,3; t "у = 40°С; d0 = 0,01 кг/кг сухого воздуха получаем: d'у = 0,1053 кг/кг сухого газа; d'у' =0,0465 кг/кг сухого газа; ∆ Wwп = 0,10334. В этом случае при сжигании 1 м3 природного газа с теплотой сгорания Qнс = 8523 Ккал/м3 выделяется абсолютное количество конденсата∆Ww = 0,10334× 8000/1000 = 0,83 кг.Процессы теплопередачи в подобных теплообменниках, как показывают экспериментальные исследования А. Кудинова, протекают более интенсивно, чем при «сухом» теплообмене (рис.
7) [11].753214Рис. 7. Зависимость коэффициента теплопередачи k от скорости газов v и плотности орошения V2221 – V = 2,28÷3,57 кг/м ⋅ч; 2 – V = 2,83÷3,67 кг/м ⋅ч; 3 – V =3,19÷4,03 кг/м ⋅ч; 4 - для воздуха («сухой» теплообмен)Для определения конструктивных размеров конденсационного теплообменника-утилизатора можно использовать следующее соотношение [11]:Nu = 4,55 Re0,315 K0,388 Pr0,67.При вычислении критериев подобия за определяющий линейный размер принят внешний диаметр трубы, а скорость потока отнесена к самому узкому поперечному сечению теплообменника (канала). Определяющей температурой является средняя температура продуктов сгорания. Введение критерия орошения К = VD/µ позволяет установить зависимость безразмерного коэффициента теплоотдачи Nu =αD/λ от плотности орошения V, связанной со степенью охлаждения уходящих продуктов сгорания в конденсационном теплоутилизаторе поверхностного типа.Пример применения конденсационного теплообменника для повышения эффективности использованияприродного газа в котельных установках показан на рис.
8 [11].76Рис. 8. Пример применения контактного теплообменника для повышения эффективности использования топливав котельной установкеПродукты сгорания природного газа после котла 1 проходят водяной экономайзер 2, охлаждаются дотемпературы 135-150 °С и затем разделяются на два потока. Приблизительно 70÷80% газов направляется по главному газоходу 15 и поступает в конденсационный теплоутилизатор 6 поверхностного типа,остальная— в байпасный газоход 14. В теплоутилизаторе 6 продукты сгорания охлаждаются сырой водой до 35÷40 °С, при этом происходит конденсация части содержащихся в них водяных паров, что позволяет полезно использовать как физическую теплоту дымовых газов, так и скрытую теплоту конденсации части содержащихся в них водяных паров. Охлажденные продукты сгорания после каплеотделителя9 смешиваются с проходящими по байпасному газоходу 14 неохлажденными продуктами сгорания и притемпературе 65÷70 °С отводятся дымососом 10 через дымовую трубу в атмосферу.
Подогретая в конденсационном теплоутилизаторе 6 вода последовательно проходит через систему химводоочистки 5,кожухотрубный теплообменник 4, термический деаэратор 3, водяной экономайзер 2 и подается на подпитку в паровой котел 1.Вырабатываемый в котле 1 пар может поступать в кожухотрубный теплообменник 12, где в процессетеплообмена конденсируется, а конденсат отводится в сборный конденсатный бак 11. Часть пара направляется в редукционную установку 13 и после понижения давления подается в кожухотрубный теплообменник 4 для подогрева химически очищенной воды, а также в деаэратор 3 для деаэрации подпиточной воды и конденсата, поступающего из бака 11. Подача по трубопроводу 16 выпара деаэратора 3 восновной газоход 15 к теплообменнику-утилизатору 6 позволяет дополнительно интенсифицировать теплообмен за счет конденсации выпара и орошения поверхности теплообменника.
Через гидравлическийзатвор 8 выпар совместно с конденсатом продуктов сгорания поступает в сборник 7 и отводится в сборный конденсатный бак 11.Суммарная экономия энергии определяется снижением температуры уходящих газов Qуя, конденсациейиз них водяных паров Qус, утилизацией теплоты выпара деаэратора Qв, а также использованием теплоты образовавшегося конденсата для подогрева, например, химочищенной воды на подпитку котла. Известно, что при утилизации теплоты уходящих из промышленных аппаратов парогазовых смесей в рекуперативных теплообменниках-утилизаторах интенсивность теплопередачи невелика из-за незначительных коэффициентов теплоотдачи со стороны парогазовых потоков. Коэффициент теплоотдачи от газов кводе в контактном теплообменнике и от газов к поверхности нагрева в конденсационном поверхностномтеплообменнике существенно выше (при прочих равных условиях), чем при «сухом», то есть чисто конвективном теплообмене.
Учитывая последнее, представляют интерес теплопередающие аппараты поверхностного типа, в которых для интенсификации теплоотдачи со стороны парогазовой среды используют распыление жидкости. Такие аппараты называют контактными теплообменниками с активной насадкой (КТАН) [12].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
