Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса
1.1. Основные тенденции конструирования и эксплуатации конвективных поверхностей нагрева 5
1.2. Обзор исследований теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков труб 12
1.3. Обзор исследований по аэродинамическому сопротивлению пучков труб 16
1.4. Анализ эффективности шахматных и коридорных пучков труб при их поперечном обтекании 19
1.5. Нетрадиционные компоновочные решения поперечно обтекаемых гладкотрубных пучков и искусственная турбулизация набегающего потока 28
1.6. Цели и задачи исследований 42
2. Экспериментальная установка, методика исследований и обработки опытных данных
2.1. Подобие физических процессов. Основные правила моделирования 43
2.2. Схема установки, схема и точность измерения 47
2.3. Методика проведения опытов 62
2.4. Методика обработки опытных данных 63
2.5. Оценка погрешностей измерения полученных результатов 67
3. Результаты экспериментальных исследований теплообмена и аэродинамики в пучке труб с турбулизаторами
3.1. Некоторые теоретические предпосылки применения турбулизирующих перегородок 70
3.2. Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке плоских турбулизаторов 72
3.3. Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке плоских полых турбулизаторов 78
3.4. Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке плоскотрубных турбулизаторов 82
3.5. Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке турбулизаторов с вырезами в виде лепестков (перфорированных перегородок) 85
4. Разработка практических рекомевдаций и опыт использования турбулизаторов в промышленных условиях
4.1. Оценка эффективности использования турбулизаторов, устанавливаемых в конвективных поверхностях нагрева котлов КВ-ГМ 104
4.2. Оценка экономических и экологических показателей КВ-ГМ при использовании турбулизаторов 112
4.3. Результаты проверки эффективности турбулизирующих перегородок в промышленных условиях (на экономайзере парового котла ДКВР-4-13) 119
Выводы 123
Литература 124
Приложения
- Обзор исследований теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков труб
- Схема установки, схема и точность измерения
- Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке плоских турбулизаторов
- Оценка экономических и экологических показателей КВ-ГМ при использовании турбулизаторов
Введение к работе
Аюуальность работы. Новая энергетическая стратегия Российской Федерации - стратегия энергетической безопасности - первостепенное значение придаёт повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на всех стадиях - от производства до потребления.
Длительное время (более 50 лет) в промышленной энергетике основными источниками комплексного снабжения паром и теплом технологических нужд промышленных предприятий, а также отопления и горячего водоснабжения жилого фонда являлись паровые котлы различной конструкции. Наибольшее распространение получили котлы типа ДКВР и разработанные на их базе новые модификации котлов серии Е паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч. КПД этих котлов (даже при работе на природном газе) существенно ниже, чем у энергетических и лучших зарубежных, из-за относительно высоких значений температуры уходящих газов. Ещё ниже КПД у получивших распространение в последние годы водогрейных котлов серии КВ-ГМ теплопроизводительностью от 4,64 до 116,3 МВт.
Уходящие газы котлов несут примерно 20%-ный резерв экономии топлива, из которых 5...6% теряется с физической теплотой уходящих газов, и 10...15 - со скрытой теплотой конденсации водяных паров.
Основным резервом в повышении КПД котла и снижении удельных расходов топлива является более полное использование теплоты уходящих газов, которое может быть реализовано установкой дополнительных поверхностей нагрева или повышением эффективности существующих.
Основное количество находящихся в эксплуатации конвективных поверхностей нагрева представляют собой гладкотрубные пучки, поэтому в данной работе было решено провести исследования повышения интенсивности теплообмена в пучках гладких труб путём, установки в них внешних турбулизаторов в виде
перегородок рахчичных конструкций, устанавливаемых до и после пучка и перекрывающих сечение газохода на различные величины.
Целью работы является получение экспериментальных данных и
аналитических зависимостей для расчета коэффициентов теплоотдачи и
аэродинамического сопротивления поперечно обтекаемых пучков труб с
турбулизаторами, определение на их основе области геометрических
параметров, в которой обеспечивается наибольшая эффективность, разработка
типовых решений по использованию перегородок для наиболее
распространённых в РФ паровых и водогрейных котлов и проверка полученных результатов в эксплуатационных условиях - производственно-отопительных котельных.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
анализ технического уровня и оценка совершенства эксплуатируемых котельных агрегатов и эффективности различных способов интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева;
анализ литературных данных и опыта внедрений различных технических решений, направленных на снижение потерь теплоты с уходящими газами;
экспериментальное исследование тепловых и аэродинамических характеристик пучков гладких труб при установке внешних турбулизаторов различных конструкций;
разработка на основании результатов исследований и предложение расчетных зависимостей и методики расчёта пучков гладких труб при установке внешних турбулизаторов;
разработка рекомендаций и типовых решений по использованию внешних турбулизаторов;
- проверка эффективности применения исследованных конструкций внешних
турбулизаторов в производственных условиях.
Научная новизна работы заключается в следующем.
разработан новый энергетически эффективный малозатратный способ повышения интенсивности теплообмена в пучках гладких труб с применением простых по конструкции внешних турбулизаторов;
впервые получены подробные экспериментальные данные по теплообмену и аэродинамике гладкотрубных пучков с внешними турбулизаторами различной конструкции в достаточно широком (характерном для работы конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов) диапазоне чисел Рейнольдса;
предложены аналитические зависимости для расчета коэффициентов теплоотдачи и аэродинамического сопротішлення поперечно обтекаемых пучков гладких труб в искусственно турбулизированном потоке;
выполнены эксплуатационные исследования эффективности некоторых типов турбулизаторов в промышленных условиях;
разработаны научно и экспериментально обоснованные рекомендации по выбору и проектированию схем установки внешних турбулизаторов, обеспечивающих максимальную энергоэффективность трубного пучка;
Практическая ценность:
представленные в диссертации результаты могут быть использованы при выборе, расчёте и конструировании внешних турбулизаторов для повышения эффективности работы конвективных поверхностей нагрева проектируемых и реконструируемых котельных агрегатов;
разработана инженерная методика расчёта конвективных поверхностей нагрева с внешними турбулизаторами различной конструкции.
Достоверность основных научных результатов и выводов, полученных в работе, обеспечивается правильностью и корректностью постановки задачи, обоснованностью выбора методов исследования, конструкцией использованной в опытах лабораторной установки, надёжностью выбранных средств и приборов измерения и основывается на достаточно большом объёме экспериментальных исследований. Степень достоверности основных результатов опытов и расчётных зависимостей контролировалась путём сопоставления их с теоретическими и экспериментальными данными, известными из литературы, и подтвердилась сравнением с результатами промышленных испытаний.
Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании концепции работы, разработке методики исследований, участии в проведении опытов и анализе полученных результатов.
На защиту выносятся:
методика и результаты лабораторных исследований тепловых и аэродинамических характеристик конвективных пучков гладких труб с использованием внешних турбулизаторов, устанавливаемых в различных местах пучка;
расчётные зависимости для определения теплоотдачи и сопротивления трубных пучков с установленными внешними турбулизаторами различной конструкции;
результаты промышленных исследований эффективности рекомендуемых технических решений.
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертации доложены
и обсуждены на семи научно-технических конференциях: і
научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Окружающая среда: развитие, -строительство, образование» (МГСУ, 1998);
научно-техническом симпозиуме «Экологическая безопасность в строительстве» (МГСУ, 1998);
5-ой научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 1999);
научно-технической конференции «Промышленное использование природного газа» (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999);
2-ой научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (МГСУ, 1999);
6-ой научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2000);
3-ей традиционной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (МГСУ, 2000);
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 136 страницах, включая 74 рисунка и 25 таблиц, список литературы, содержащий 105 наименований трудов. Приложения представлены на 30 страницах.
Обзор исследований теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков труб
Интенсивное развитие теплоэнергетики требует совершенствования теплообменной поверхности. Вследствие ранее рассмотренных факторов, конвективные поверхности нагрева котлов в большинстве случаев представлены гладкотрубными поперечно обтекаемыми пучками труб.
Изучение вопросов теплообмена и аэродинамики позволило исследователям решить задачу нахождения обобщающих зависимостей для расчёта теплоотдачи и аэродинамического сопротивления в этих пучках.
Впервые единые формулы для расчёта вывели Антуфьев В.М. и Белецкий Г.С. [16,17]. Экспериментальные результаты обобщались ими в виде критериальных уравнений:числа Прандтля для воздуха и дымовых газов в ограниченном интервале температур, его значение было внесено в начальный коэффициент А, в результате чего получились зависимости более простого вида:разработаны номограммы для расчёта котельных пучков. В этих работах за характерный размер принимался диаметр трубки исследуемого пучка, а за расчётную скорость - скорость в наименьшем проходном сечении пучка.
С развитием теории подобия экспериментальные результаты обобщались с учётом большего числа факторов и параметров пучка и среды критериальными уравнениями вида:средняя теплоотдача трубки в пучке зависела от скорости набегающего потока и тепловой нагрузки [18...23].
В большинстве экспериментальных работ применялся метод локального теплового моделирования, то есть нагревалась или охлаждалась только одна трубка в ряду пучка. К выбору определяющей температуры при обобщении экспериментальных данных различные авторы подходили по-разному. Одни авторы относили все параметры к температуре стенки трубы, другие - к температуре потока. Михеев М.А. [30] предложил для учёта температурного фактора дополнительный параметр - (Ргж/Ргсх)0 23.
В области смешанного обтекания, т.е. в области докритических чисел Рейнольдса, в литературе имеется ряд исследований. Основные обобщающие зависимости приведены в таблице 1.1.
Авторы вышеуказанных работ сделали ряд общих выводов. Теплоотдача первого ряда отличается от средней по пучку и определяется начальной турбулентностью потока. Теплоотдача второго и третьего рядов по сравнению с первым постепенно возрастает. Если теплоотдачу третьего ряда принять за 100%, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составит 60%, а второго: в шахматных пучках - 70%, в коридорных - 90%. Причиной возрастания теплоотдачи является увеличение турбулентности потока при его прохождении через пучок. Стало ясно, что повышения теплоотдачи пучка можно достигнуть несколькими способами [13, 33]:1) увеличением числа Re набегающего потока до критических и сверхкритических значений;2) развитием площади контакта теплоносителей (за счёт применения рёбер, мембран, плавников и т.д.);3) повышением степени турбулентности набегающего потока в результате искусственной турбулизации.
В области больших чисел Рейнольдса исследователями [28, 34] были предложены следующие зависимости:а) для коридорных пучков: Nu=0,020-Re 84Pr0 36-(Prx/PrCT)0 25;б) для шахматных пучков: 1=0,021 6058 0 6 )0 5.
Оказалось, что показатель степени при числе Re в области критических и сверхкритических чисел Рейнольдса (таблица 1.2.) зависит от шаговых характеристик пучка больше, чем при смешанном обтекании, при котором, как видно из таблицы 1.1., он равен 0,6 для шахматного и 0,5...0,65 - для коридорного пучка. Из таблицы 1.2. видно, что показатель степени «п» колеблется в пределах 0,7...0,96. На графике Nu=f(Re) это приводит к резкому росту теплоотдачи при увеличении Re, т.е. происходит интенсификация теплообмена при увеличении скорости набегающего потока. Однако наиболее эффективным является теплообменник, обеспечивающий передачу того же количества теплоты с минимальными затратами энергии на прокачку теплоносителя. Увеличению скорости газового потока в котельных агрегатах, работающих на твёрдом топливе, также препятствует сильный золовой износ теплообменных поверхностей, т.к. коэффициент золового износа пропорционален скорости в третьей степени [44, 45]: KR3H=f(wra33). В большинстве исследований теплоотдача пучка изучается совместно с его аэродинамическим сопротивлением, так как выбор рациональной поверхности нагрева предполагает комплексное решение этого вопроса. Аэродинамическое сопротивление пучка зависит от его вида (коридорный или шахматный) и параметров (продольные и поперечные шаги труб, количество рядов в пучке), а также от скорости и физических свойств омывающего потока: Eu=f(Re; сть зг, zj). Сопротивление пучка в основном определяется сопротивлением формы, а сопротивление трения составляет несколько процентов от общего сопротивления. Как правило, измеряется полное сопротивление пучка, которое затем относится к одному ряду и обобщается критериальной зависимостью: коэффициент, зависящий от количества рядов в пучке. Замечено также, что с уменьшением числа рядов в пучке потери давления, отнесённые к одному ряду, увеличиваются. В области смешанного обтекания имеется ряд работ по определению сопротивления пучков (таблица 1.З.). При обобщении экспериментальных данных по сопротивлению пучков важную роль играет выбор определяющей температуры при определении физических параметров в критериях подобия. Некоторые авторы отдают предпочтение температуре стенки, другие [16, 24, 25, 50...58] -температуре потока. Как видно из таблицы 1.3. для большинства пучков значение показателя степени «т» при числе Re составляет -0,25 или -0,27, и какой-либо чёткой зависимости «т» от геометрии пучка исследователям выявить не удалось. Значения показателя «т» в области больших чисел Рейнольдса и в области смешанного обтекания значительно отличаются. Это связано с тем, что при достижении критических и сверхкритических значений числа Re наступает автомодельность режима течения потока по сопротивлению, т.е. переход в область развитого турбулентного обтекания. В таблице 1.4. приводятся значения «т» в области критических чисел Re, полученные различными авторами. Таблица 1.3. Обобщающие зависимости для расчёта сопротивлений поперечно омываемых пучков труб в области смеишшюго обтекания (по данным различных авторов).
Схема установки, схема и точность измерения
Для проведения лабораторных исследований был использован экспериментальный стенд, описанный в [96, 97] и представляющий собой аэродинамическую трубу разомкнутого типа прямоугольного сечения (120x210 мм) длиной 4 м (рис. 2.1), изготовленную из авиационной фанеры (5) толщиной 7 мм и древесностружечных плит (6) толщиной 10 мм. С целью снижения аэродинамического сопротивления внутренняя поверхность трубы была покрыта паркетным лаком.
Забор греющего воздуха осуществлялся из верхней зоны помещения лаборатории, на уровне примерно двух метров от пола. Затем воздух направлялся в нагреватель (7), в котором использовались бытовые электрические нагревательные спирали, изготовленные из нихромовой проволоки диаметром 0,7 мм, мощностью 0,6 кВт каждая. Всего было установлено 10 спиралей, соединённых между собой параллельно и расположенных равномерно по периметру внутреннего диаметра двух асбестовых труб длиной 470 мм (рис. 2.2). Крепление спиралей к поверхности труб осуществлялось через просверленные отверстия. Во избежание замыкания от провисания спиралей при нагреве, их дополнительно крепили в трёх местах к стенке трубы асбестовой нитью. Центральные спирали (5 и 10) устанавливали путём навивки на керамический стержень. Снаружи трубы покрывались асбестовыми листами, а пространство между трубами и листами заполнялись стекловатой.
Затем горячий воздух двигался по воздуховоду 1, проходил в межтрубном пространстве теплообменника (8), охлаждаясь при этом, и удалялся в атмосферу. Нагреваемый воздух забирался аналогично греющему и направлялся при температуре помещения по воздуховоду 2 внутрь труб воздухоподогревателя (8) и также удалялся в атмосферу. Следовательно, нагреваемый воздух обеспечивал внутреннее продольное омывание исследуемого пучка, а греющий - наружное поперечное. В обоих воздуховодах воздух приводился в движение вентиляторами типа ВЦ-4-70 №3 производительностью 800 м /ч. Расход воздуха регулировался с помощью шиберов (4).
Для выравнивания потока до пучка предусматривался стабилизационный участок длиной 1,5 м (//d3 10).
Теплообменник представлял собой шахматный 12-ти рядный пучок труб, который собирался отдельно, образуя с трубными досками жёсткую систему, и как целое вставлялся в трубу. При этом трубные доски, изготовленные из ДСП, устанавливались заподлицо со стенками аэродинамической трубы. Для избежания нежелательной турбулизации потока, которая внесла бы погрешность в измерения, щели в стыках тщательно промазывались пластилином. Геометрические характеристики исследованного пучка приведены в таблице 2.1.
Над теплообменником располагалась плотно закрывающаяся крышка (3), позволявшая быстро устанавливать различные перегородки до и после пучка, не нарушая целостности системы.
Все измерения проводились с учётом рекомендаций [84...86]. Температура воздуха до и после пучка в газоходах 1 и 2 измерялась при помощи 36 антенных хромель-копелевых термопар с диаметром электрода 0,3 мм. Схема расположения термопар представлена на рисунке 2.4. Плоскости измерения температур располагались на расстоянии 40 мм от пучка, в каждой из которых находилось по 9 термопар. Общий для всех термопар холодный спай подводился к сосуду Дьюара. Горячие концы термопар выводились к многопозиционному переключателю, а через него- на электронный милливольтметр.
Сначала на основных режимах исследовалось поле температур, измеряемое термопарами в 9-ти точках, а затем находилось среднее значение и рассчитывался коэффициент поля из выражения: K=tcp/to, где:- Ц - среднее значение температуры в сечении, определяемое как:o - значение температуры на оси сечения (в центре ядра потока).
При дальнейших исследованиях в ряде опытов измерение осуществлялось только на оси сечения, а фактическая температура определялась как: t j =ko.
Измерение температуры поверхности трубок теплообменника осуществлялось при помощи 9-ти хромель-копелевых термопар с диаметром электрода 0,3 мм, установленных по 3 штуки на центральных трубках 1-го, 6-го и 12-го рядов и расположенных на лобовой образующей трубы. Горячие спаи термопар приваривались к поверхности трубок электроконтактным способом. Схема расположения термопар показана на рисунке 2.3, а схема установки поверхностных термопар в специально выполненных пазах представлена на рисунке 2.5.
Измерение скоростей как греющего, так и нагреваемого воздуха производилось при помощи напорных трубок Прандтля, установленных в области стабилизированных участков движения потоков до пучка (на расстоянии 0,8 м [//аУ»5]). По данным [84] трубка Прандтля как измеритель статического давления нечувствительна к углу атаки ±5, а как измеритель скорости - ±15 (все измерения проводились с учётом рекомендаций [84]). Сопротивление пучка определялось как разность статических давлений до и после пучка. Отбор статических давлений осуществлялся от всех четырёх стенок воздуховода с последующим осреднением показаний.
Вначале была проведена серия опытов с обычным шахматным пучком и получены зависимости, соответствующие нормативным данным [60, 61]. Результаты подтвердили надёжность всех измерительных устройств и достоверность получаемых экспериментальных данных. Затем проводились основные серии опытов с различными интенсификаторами теплообмена.
С целью интенсификации теплообмена в пучке, до и после него устанавливались различные перегородки (турбулизаторы). В данных экспериментах исследовалось влияние на тепловые и аэродинамические характеристики гладкотрубного пучка четырёх видов турбулизаторов:1. Перфорированных перегородок (с вырезами в виде лепестков с изменяющимся углом их расположения);2. Плоских полых перегородок;3. Плоско-трубных перегородок (выполненных заодно с трубами одного из рядов пучка);
Результаты исследования теплообмена и аэродинамики пучка при установке плоских турбулизаторов
Изучение тепловых и аэродинамических характеристик гладкотрубного теплообменника без применения турбулизаторов показало совпадение опытных данных с расчётными зависимостями, свидетельствующее о надёжности и достоверности экспериментов и возможности исследования характеристик пучков с использованием турбулизирующих перегородок.
Опытные данные по теплообмену для случая установки одной перегородки (до или после пучка труб) представлены на рис. 3.1, а для случая одновременной установки двух перегородок (до и после пучка) - на рис. 3.2. При этом турбулизирующие части перегородок до и после пучка обозначались соответственно 51 и 5г и располагались на расстоянии 0,04 м от первого или последнего (в зависимости от места установки) ряда труб.
Показатель степени при числе Рейнольдса в формуле Nu=A-Ren для всех вариантов установки перегородок не изменялся и совпадал с аналогичным показателем для обычного пучка (п=0,6). Поэтому результаты обработки опытных данных в табл. 3.1 приводятся в виде коэффициентов А и процента расхождения с обычным пучком. Анализ опытных данных показан на рис. 3.3 и 3.4.
Из рисунков и таблицы видно, что применение одной перегородки наиболее целесообразно в случае её установки после пучка, при котором увеличение теплоотдачи составляет примерно 10%.
Одновременное использование двух плоских перегородок, установленных до и после пучка, также приводит к росту теплоотдачи, наибольшее значение которого достигается при параметрах 5]х82=0,3х0,5 и составляет 21,5%.
Опытные данные по аэродинамическому сопротивлению плоских турбулизаторов представлены на рис. 3.5 и 3.6.
Показатель степени при числе Рейнольдса в формуле Eu=B-Rem во всех случаях установки перегородок оставался постоянным и равнялся аналогичному показателю для обычного пучка (т = - 0,27). В связи с этим результаты обработки опытных данных в табл. 3.2 приводятся в виде коэффициентов В и процента превышения ими аналогичного показателя пучка без турбулизаторов. х х S о ьо Ю
Опытные данные по теплообмену для случая установки одной перегородки (до или после пучка) представлены на рис. 3.7, а для случая одновременной установки двух перегородок (до и после пучка) - на рис. 3.8. Результаты обработки опытных данных и их анализ приведены в табл. 3.3 и на рис. 3.9. Из рисунков и таблицы видно, что применение одной перегородки наиболее эффективно в случае её установки после пучка на величину 8=0,3, при котором увеличение теплоотдачи составляет примерно 15%.
Одновременное использование двух турбулизаторов (как и в случае плоских перегородок) целесообразно при параметрах 8іх82=0,3х0,5, приводящих к росту теплоотдачи в пучке на 24%.Опытные данные по аэродинамическому сопротивлению плоских полых турбулизаторов представлены на рис. 3.10 и 3.11, а результаты их обработки - в табл. 3.4.
Долгие годы централизованное теплоснабжение являлось магистральным направлением развития теплоснабжения Российской Федерации, вследствие чего широкое распространение получили стальные котлы, имеющие по сравнению с чугунными ряд преимуществ: меньшие капиталозатраты, упрощение ремонтных работ, повышенная прочность при одинаковой толщине стенок и др.
В паровых котлах типа ДКВР, ДЕ и КЕ имеются горизонтально расположенные пучки труб только в виде экономайзеров системы ВТИ. Водогрейные котлы серии КВ-ГМ выполняются прямоточными и имеют развитую конвективную поверхность нагрева в виде пучков горизонтально расположенных труб.
Как правило, отопительно-водогрейные котлы эксплуатируются неравномерно: по сезонам, дням недели, часам суток. Поэтому КПД брутто, определяемый при номинальной нагрузке, завышен по отношению к его среднегодовому значению по меньшей мере на 5...10%. Установлено, что при нагрузке котла 50% КПД снижается на 3...5%, а при нагрузке 25% - на 8...10%. Более резкое снижение КПД наблюдается при нагрузке менее 15% [1,91...93].
Поэтому для проверки и уточнения зависимостей, полученных в экспериментальных условиях, были выполнены подробные расчёты для конвективных поверхностей нагрева конкретных конструкций котлов.
Для оценки эффективности разработанных и исследованных способов повышения теплоотдачи в конвективных поверхностях нагрева были выбраны водогрейные котлы кв-гм, работающие на природном газе и мазуте, характеризующиеся удобством конструкции конвективной шахты, позволяющей установку турбулизируюших перегородок, и невысоким (по современным меркам) кпд вследствие больших потерь теплоты с уходящими газами. В таблице 4.1 приведены температуры уходящих газов и кпд котлов серии КВ-ГМ.
Анализ результатов экспериментальных исследований потерь теплоты с уходящими газами (q2), проведённых при изменении нагрузки котла (Q) от 35 до 120% от номинальной (QHOM), позволил предложить следующие зависимости:- при работе на природном газе: q2=8Q/QHoM;- при работе на мазуте: q2=10Q/QHOM отлы КВ-ГМ теплопроизводительностью 11,63; 23,26 и 34,9 МВт имеют единый профиль и различаются только глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Они оборудованы одной газомазутной горелкой РГМГ. Котёл КВ-ГМ-50 имеет две горелки РГМГ-20, а котёл КВ-ГМ-100 -три горелки РГМГ-30. Топки полностью экранируются трубами диаметром 60x3 мм с шагом 64 мм. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка, образующая камеру догорания. Экраны промежуточной стенки также выполнены из труб 60x3 мм, установленных в два ряда с шагами Si=128 и S2=182 мм.
Конвективная поверхность нагрева у всех котлов расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенками. Задняя и передняя стенки выполнены из труб 60x3 мм. Боковые стенки экранированы трубами диаметром 83x3,5 мм и являются коллекторами для
Оценка экономических и экологических показателей КВ-ГМ при использовании турбулизаторов
Установка перфорированной перегородки на ДКВР-4-13 осуществлялась аналогично плоской с той лишь разницей, что турбулизатор располагался перед экономайзером, и угол раскрытия лепестков составлял 60. Результаты использования в качестве турбулизатора перфорированной перегородки при различных нагрузках котла приведены в табл. 4.7 и на рис. 4.12 и опубликованы в [99].
Необходимо отметить, что на увеличение КПД котельного агрегата повлияло также снижение температуры питательной воды по сравнению с опытами до реконструкции примерно на 20С, а снижение температуры питательной воды на каждые 10С приводит к росту КПД на 0,23...0,25% [107]. Поэтому результаты полученных опытных данных с достаточной степенью точности совпадают с расчётными значениями.
Таким образом, проведённые испытания на действующих котлах показали правильность полученных в лабораторных условиях данных и подтвердили эффективность предлагаемых малозатратных мероприятий по повышению КПД котельного агрегата и энергосбережению. 1. На основании анализа литературных данных и технического уровня существующего котельного оборудования, определено направление совершенствования конвективной части котла - использование внешних турбулизаторов. 2. Изготовлена экспериментальная часть лабораторной установки, разработана методика и выполнен комплекс исследований по влиянию внешних турбулизаторов различных конструкций на тепловые и аэродинамические характеристики пучков гладких труб. 3. В результате обработки опытных данных, получены формулы расчёта теплообмена и аэродинамики для всех исследованных конструкций турбулизаторов. 4. Вследствие анализа расчётных формул, определена область геометрических параметров перегородок, в которой обеспечивается максимальная энергоэффективность трубного пучка. 5. На основании проведённого комплекса исследований, разработанных на их базе методик и рекомендаций, были спроектированы, изготовлены и успешно опробованы на действующих котлах ДКВР некоторые конструкции внешних турбулизаторов. 6. Выполнены тепловые и аэродинамические расчёты, разработаны и опробованы в эксплуатационных условиях типовые решения по использованию внешних турбулизаторов на водогрейных котлах серии КВ-ГМ. 7. В результате промышленных испытаний подтверждена эффективность рекомендуемых технических решений - использования внешних турбулизаторов. 1. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки /М: Стройиздат, 1986. 2. Байрашевский Б.А. Повышение надёжности работы трубчатых воздухоподогревателей / Теплоэнергетика, 1981, №5, с. 37...40. 3. Добряков Т.С., Мигай В.К., Новожилов И.Ф., Назаренко B.C. Воздухоподогреватели котельных установок / М.: Энергия, 1977. 4. Дубовой B.C. Оптимизация системы подогрева воздуха котлоагрегатов крупных блоков, работающих на сернистых топливах / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук / Саратов, 1984. 5. Керн Д., Краус А. Развитые поверхности теплообмена / Перевод с английского / М.: Энергия, 1977. 6. Корняков А.Б. Повышение эффективности использования топлива в котлах путём разработки и применения воздухоподогревателей из стеклянных труб / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук // Москва, 1987. 7. Паршин А.А., Митор В.В., Безгрешнов А.Н. Тепловые схемы котлов / М.: Машиностроение, 1987. 8. Пронин В.А. Измерение гидродинамических характеристик и теплоотдачи в тесных поперечно обтекаемых трубных пучках (энергетически эффективный способ размещения труб в пучке) / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук//Москва, 1989. 9. Евенко В.И., Анисин А.К. Повышение эффективности теплоотдачи поперечно омываемых пучков труб / Теплоэнергетика, 1976, №7, с. 37...40. 10. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках / М.: Наука, 1982. 11. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена / М.: Энергоатомиздат, 1986. 12. Козлова Л.Г., Нелипович В.И., Эпик Э.Я. Теплоотдача шахматного пучка, образованного спаренными цилиндрами / Теплообмен в энергетических установках / Киев: Наукова думка, 1978, с. 94...98. 13. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники / М.: Энергия, 1967, 224 с. 14. Липец А.У. и др. Перспективы развития трубчатых воздухоподогревателей для мощных парогенераторов / Теплоэнергетика, 1976, №2, с. 30...34. 15. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников /М.: Энергия, 1980. 16. Антуфьев В.М., Козаченко Л.С. Теплоотдача и аэродинамическое сопротивление конвективных поверхностей нагрева / ОНТИ, М., 1938, 102 с. 17. Антуфьев В.М., Белецкий Г.С. Теплопередача и аэродинамическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном потоке / М.: Машгиз, 1948, 120 с. 18. Михайлов Г.А. Исследование локального теплообмена в пучках труб / Советское котлотурбостроение, 1939, №12, с. 16...19.
