Введение к работе
Актуальность темы Интенсивный рост стоимости топлива на мировом рынке вызывает не менее интенсивное внедрение энергосберегающих технологий В частности, основная потеря теплоты в котельных установках -с уходящими газами q2 составляет даже при сжигании природного газа не менее 6 - 8 %, а с учетом скрытой теплоты конденсации паров, содержащихся в газах, значение q2 примерно на 12 % выше В других технологических установках, потери с уходящими газами в зависимости от температуры последних достигают 20 - 30 % Для их существенного снижения необходимо охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможное количество водяных паров, содержащихся в газах, и использовать выделяющуюся при конденсации скрытую теплоту
Экономия 10 % топлива в газифицированных котельных, достигаемая при использовании теплоты конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания, обеспечит в целом по России огромную экономию природного газа, сравнимую с расходом на его перекачку
Цель работы Исследовать конденсацию водяного пара из парогазовой смеси в области малых концентраций (до 20% объемных) на оребренной трубке с большой степенью оребрения
В ходе выполнения работы поставлены и решены следующие задачи 1 Экспериментальное исследование теплообмена при конденсации водяного пара из парогазовой смеси, содержащей до 20% пара (по объему) на стандартных оребренных трубках, используемых в типовых калориферах, в том числе
определение характера конденсации пара и его влияния на течение газа в межреберных каналах,
определение количественной связи концентрации водяного пара в исходной смеси с величиной эффективного коэффициента теплоотдачи,
разработка метода уменьшения каплеуноса с охлаждающей поверхности
2 Разработка методики расчета теплообменных аппаратов с
оребренными трубками для охлаждения дымовых газов
энергетических котлов ниже температуры точки росы на основе
обработки экспериментального материала
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается
применением современных физических представлений, соответствующей
точностью и тарировкой измерительных систем, использованием ЭВМ для
расчетов, удовлетворительным согласованием полученных результатов с
данными других исследователей
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Экспериментально установлено, что конденсация водяного пара из парогазовой смеси с начальной объемной концентрацией до 20% на горизонтальных и вертикальных трубках с большой степенью оребрения имеет не пленочный характер, как считалось до сих пор, а капельный или капельно-пленочный
-
На основе обобщения экспериментальных данных получены зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара из парогазовой смеси с начальной объемной концентрацией до 20% на поверхности стандартной трубки с большой степенью оребрения
-
Обнаружено влияние образующегося конденсата на гидродинамику потока парогазовой смеси, исключающее возможность применения условий аналогии процессов тепло- и массобмена при конденсации на трубках с большой степенью оребрения
5 Практическая ценность.
-
Обоснована и предложена методика расчета ребристых теплообменников, предназначенных для охлаждения уходящих газов ниже температуры точки росы, и обеспечивающих в результате этого повышение КПД котлов на 6-10%
-
Каплеунос из поверхностных теплообменников, не уменьшая коэффициент теплопередачи, приводит к охлаждению продуктов сгорания и повышению их влагосодержания вследствие испарения капель Предложен метод расчета этого явления, которое необходимо учитывать при проектировании отводящих газоходов и дымовой трубы
-
Результаты испытаний промышленного теплообменника-утилизатора, установленного за паровым котлом производительностью 15 т/ч, подтвердили возможность существенной экономии топлива за счет конденсационной составляющей теплоты уходящих газов
Автор защищает
-
Результаты экспериментального исследования теплообмена при конденсации водяного пара из парогазовой смеси в области малых концентраций (до 20% объемных) на оребренной трубке с большой степенью оребрения
-
Результаты обобщения экспериментальных данных по исследованию теплообмена
-
Положение о том, что в диапазоне выполненных исследований конденсация имеет капельный или капельно-пленочный характер
-
Методику расчета поверхностных ребристых теплообменников при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы водяного пара
-
Результаты расчета температуры дымовых газов за теплообменником с учетом испарения унесенных капель
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международной научно-технической конференции «80 лет Уральской теплоэнергетике Образование Наука» (Екатеринбург, 2003), XTV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева (Рыбинск, 2003), V-й российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2006), П-м Международном конгрессе «Пече-трубостроение тепловые режимы, конструкции, автоматизация и экология» (Москва, 2006)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах, из них 2 статьи в источниках, рекомендованных ВАК, в том числе получен 1 патент РФ на полезную модель
Личный вклад автора заключается в разработке способа и метода комплексного экспериментального изучения конденсации водяного пара из парогазовой смеси в области малых концентраций (до 20% объемных) на оребренной трубке, в разработке методики и программы расчета поверхностных ребристых теплообменников при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы, в разработке методики расчета температуры газов после теплообменника с учетом испарения унесенных капель
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений, изложена на 121 страницах машинописного текста и содержит 4 таблицы, 48 рисунков и библиографический список из 65 наименований
