Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units
Introduction. One of the ways to save natural gas and to improve the environmental conditions in the municipal
 heat-power engineering is to use progressive technologies for recovering the heat of flue gases from boiler
 plants, in which the condensation mode of operation of heat-rec...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2020 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184847 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units / N.M. Fialko, R.O. Navrodska, G.O. Gnedash, G.O. Presich, S.I. Shevchuk // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 3. — С. 47-53. — Бібліогр.: 16 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860229772938838016 |
|---|---|
| author | Fialko, N.M. Navrodska, R.O. Gnedash, G.O. Presich, G.O. Shevchuk, S.I. |
| author_facet | Fialko, N.M. Navrodska, R.O. Gnedash, G.O. Presich, G.O. Shevchuk, S.I. |
| citation_txt | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units / N.M. Fialko, R.O. Navrodska, G.O. Gnedash, G.O. Presich, S.I. Shevchuk // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 3. — С. 47-53. — Бібліогр.: 16 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Introduction. One of the ways to save natural gas and to improve the environmental conditions in the municipal
heat-power engineering is to use progressive technologies for recovering the heat of flue gases from boiler
plants, in which the condensation mode of operation of heat-recovery equipment is implemented. To increase
the ecological effect in some heat-recovery systems, a humidification process of the combustion air occur. This
lowers the combustion temperature of the fuel and reduces the concentration of nitrogen oxides in the combustion
products. Problem Statement. At humidifying combustion air, the boiler exhaust-gases are characterized by high moisture
content. In the known calculation methods, there are no data on heat transfer under these conditions. This is
a problem for conducting thermal calculations of such installations.
Purpose. Establishing patterns of heat transfer at an increased moisture content of exhaust-gases in heatrecovery
equipment, consisting of bundles of transverse-finned pipes, and determining the main parameters of
the proposed complex installation. Materials and Methods. Experimental studies of heat transfer were carried out on a specially created stand. For the thermal and hydraulic calculation of a heat-recovery installation, known calculation methods were used,
taking into account the experimental data obtained.
Results. The laws of heat transfer during deep cooling of exhaust-gases with moisture content X = 0.15—0.30
kg/kg d.g. are established. The thermal, hydraulic and operating characteristics of the proposed complex
heat-recovery installation with heating and humidification of the combustion air in different modes of operation
of the boiler are determined. This installation has been introduced; its tests have been carried out, which have
confirmed high thermal and environmental efficiency.
Conclusions. The application of the proposed complex heat-recovery unit allows increasing the coefficient
of the use heat of fuel of boiler depending on its operating mode by 13—20%.
Вступ. Одним зі шляхів економії природного газу й поліпшення умов довкілля є застосування
в комунальній
енергетиці прогресивних технологій утилізації теплоти відхідних димових газів котельних установок, в яких реалізується
конденсаційний режим роботи теплоутилізаційного обладнання. Для підсилення екологічного ефекту в
деяких теплоутилізаційних системах відбувається процес зволоження дуттьового повітря, що зменшує температуру
горіння палива та знижує концентрацію оксидів азоту в продуктах згоряння.
Проблематика. При зволоженні дуттьового повітря відхідні гази котла характеризуються підвищеним вмістом
вологи. У відомих розрахункових методиках відсутні дані щодо теплообміну за цих умов. Це є проблемою для проведення
теплових розрахунків таких установок.
Мета. Встановлення закономірностей теплообміну при підвищеному вологовмісті димових газів в теплоутилізаційному
обладнанні, що складається з пучків поперечно оребрених труб, і визначення основних параметрів запропонованої
комплексної установки.
Матеріали й методи. Експериментальні дослідження теплообміну проводилися на спеціально створеному стенді.
Для теплового та гідравлічного розрахунку теплоутилізаційної установки застосовано відомі розрахункові методики
з урахуванням отриманих експериментальних даних.
Результати. Встановлено закономірності теплообміну при глибокому охолодженні димових газів із вологовмістом
Х = 0,15—0,30 кг/кг сухих газів. Визначено теплові, гідравлічні та режимні характеристики запропонованої
комплексної теплоутилізаційної установки з підігріванням і зволоженням дуттьового повітря в різних режимах
роботи котла. Розробку було впроваджено, проведено її випробування, які підтвердили високу теплову та екологічну
ефективність.
Висновки. Застосування запропонованої комплексної теплоутилізаційної установки дозволяє підвищити коефіцієнт
використання теплоти палива котла на 13—20 % залежно від режиму його роботи.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:21:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
47
https://doi.org/10.15407/scin16.03.047
Fialko, N.M., Navrodska, r.o., GNedash, G.o.,
Presich, G.o., and shevchuk, s.i.
Institute of Engineering Thermophysics, the NAS of Ukraine,
2а, Mariia Kapnist St., Kyiv, 03057, Ukraine,
+380 44 453 2859, +380 44 456 9171, navrodska-ittf@ukr.net
StUdY oF Heat-RecoveRY SYSteMS
FoR HeatinG and MoiStURinG
coMBUStion aiR oF BoiLeR UnitS
цитування: fialko n.m., navrodska R.o., Gnedash G.o., Presich G.o., and Shevchuk S.I. Study of heat-
Recovery Systems for heating and moisturing combustion air of Boiler units. Nauka innov. 2020. v. 16,
no. 2. P. 47—53. https://doi.org/10.15407/scin16.03.047
Introduction. One of the ways to save natural gas and to improve the environmental conditions in the munici-
pal heat-power engineering is to use progressive technologies for recovering the heat of flue gases from boi-
ler plants, in which the condensation mode of operation of heat-recovery equipment is implemented. To inc rease
the ecological effect in some heat-recovery systems, a humidification process of the combustion air occur. This
lowers the combustion temperature of the fuel and reduces the concentration of nitrogen oxides in the combustion
products.
Problem Statement. At humidifying combustion air, the boiler exhaust-gases are characterized by high mois-
ture content. In the known calculation methods, there are no data on heat transfer under these conditions. This is
a problem for conducting thermal calculations of such installations.
Purpose. Establishing patterns of heat transfer at an increased moisture content of exhaust-gases in heat-
recovery equipment, consisting of bundles of transverse-finned pipes, and determining the main parameters of
the proposed complex installation.
Materials and Methods. Experimental studies of heat transfer were carried out on a specially created stand.
For the thermal and hydraulic calculation of a heat-recovery installation, known calculation methods were used,
taking into account the experimental data obtained.
Results. The laws of heat transfer during deep cooling of exhaust-gases with moisture content X = 0.15—
0.30 kg/kg d.g. are established. The thermal, hydraulic and operating characteristics of the proposed complex
heat-recovery installation with heating and humidification of the combustion air in different modes of operation
of the boiler are determined. This installation has been introduced; its tests have been carried out, which have
confirmed high thermal and environmental efficiency.
Conclusions. The application of the proposed complex heat-recovery unit allows increasing the coefficient
of the use heat of fuel of boiler depending on its operating mode by 13—20%.
K e y w o r d s : heat-recovery of exhaust-gases, increased moisture content, condensation mode, heat-exchange,
efficiency use of fuel, and reduction of harmful emissions.
ISSN 1815—2066. Nauka innov. 2020. 16(3)
Fialko, N.M., Navrodska, r.o., Gnedash, G.o., Presich, G.o., and shevchuk, s.i.
48 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3)
currently, in ukraine, due to the need to reduce
fuel consumption caused by the steady increase
in its cost and strengthening of requirements to
reduce environmental pollution, the develop-
ment of energy-saving and environmental tech-
nologies for fuel-fired facilities has received in-
creased attention. In particular, technologies of
deep heat-recovery from flue-ga ses of boiler plants
are used in municipal heat-po wer engineering,
which significantly increases the thermal efficien-
cy of these plants by raising efficiency and im-
proving their environmental performance mainly
due to lower fuel consumption [1—7]. he rewith,
the deeper the flue-gases are cooled, the higher
is the thermal and ecological effect of heat-reco-
very. the technologies app lied often use heat-re-
covery systems destined to heat the return heat-
network water and combustion air before they
enter the boiler.
In connection with the planned trend to tigh-
ten the requirements for the reduction of nitro-
gen oxide emissions from boiler plants, last time
heat-recovery technologies have been developed,
in which an increased environmental effect is ac-
hieved by a significant decrease of these emissions
with boiler’s flue-gases. this effect is due to the
use of a part of the heat of the exhaust-gases of
the boiler to heat water for humidifying the com-
bustion air [8—10]. the supply of humidified air
into the furnace of the boiler leads to a decrease
of the temperature in its combustion space and,
as a result, to the suppression of the formation of
nitrogen oxides. a feature of boiler plants with
such heat-recovery systems is the increased mois-
ture content of flue-gases.
for heating and moistening the combustion
air, the Institute of technical thermophysics has
proposed a complex heat-recovery system [11].
Its schematic circuit is shown in fig. 1. this in-
stallation uses surface water heat exchangers for
various purposes and a contact apparatus for hea-
ting and humidifying the combustion air. Surface
heat exchangers are used to heat by cooling the
exhaust-gases of the circulating water of this ins-
tallation (4, 5), to heat by this water the air at the
entrance (1) and exit (3) of the contact chamber
(2), to preheat the exhaust-gases [12] at the exit
from the complex heat-recovery system (6). the
surface of water heat exchangers are bundle of
finned bimetallic pipes (steel base and aluminum
transverse fins), and the contact exchanger is a
filling of corrugated polyvinyl chloride (Pvc)
plates.
During the operation of such complex heat-re-
covery systems, as noted, the flue gases used in
them are characterized by increased moisture
con tent (0.15—0.30 kg/kg dry gases). In the well-
known computational methods [13], there are
no data regarding the heat transfer patterns in
bund les of transverse-finned tubes in the conden-
sation mode at this moisture content.
the purpose of this work is to establish pat-
terns of heat transfer in bundles of transversely
finned tubes from which water heat exchangers
are completed, by conducting experimental stu-
dies and determining on their basis the main pa-
rameters of the proposed integrated installation.
Fig. 1. Schematic circuit of the complex heat-recovery
installation for heating and humidifying the combustion air:
1 — first air preheater; 2 — contact air heater; 3 — second air
preheater; 4 — water-overheater; 5 — surface water heater;
6 — exhaust-gas heater; 7 — water collector; 8 — centrifugal
pump; aP1, aP2, Wo, SWh, eGh — water heat-ex chan-
gers from finned bimetallic pipes bundles; cah — contact
chamber with a filling of corrugated (Pvc) plates
1
4
2
5 6
3
8
7
Dry air Wet air
exhaust-gas exhaust-gas
condensate outlet
inlet outlet
inlet outlet
Wc
Wo SWh
cah
eGh
aP1 aP2
cP
study of heat-recovery systems for heating and Moisturing combustion air of Boiler units
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3) 49
the studies were carried out on the experimen-
tal bench, whose scheme, description of work and
characteristics of pipes and tube bundles are gi-
ven in [14]. Data on the main quantities studied
on the experimental bench are presented in table 1.
In the course of the research, the average va-
lues of the total heat transfer coefficient αg over
the surface were determined depending on the
values of mode and geometric parameters given
in table. 1. the averaged over the surface values
of the nusselt numbers nug from the side of the
gases to be determined in the course of the re-
search were presented as the sum of the nusselt
numbers nud and nuc in the absence and presence
of condensation of water vapor contained in the
exhaust-gases:
nug = nud + nuc. (1)
In this case, the number nud was calculated
using the known methods for purely convective
heat exchange.
characteristic results of the performed expe-
rimental studies are shown in fig. 2 and 3. here
are presented the dependences of the number
nuc on the dimensionless temperature of the hea-
ted water Θ and the number Reg. at the same time
the temperature Θ was defined as the ratio the
average water temperature tw
m and the dew point
temperature tdp.
according to the experiments, a generalized
de pendence was obtained:
nuc = A · Reg
0,6 ехр (B · Θ), (2)
Fig. 2. the dependence of the number nuc = f (Θ) at Reg =
= 8000: 1 — Хin = 0.15; 2 — 0.25; 3 — 0.30 kg/kg d.g.
Fig. 3. the dependence of the number nuc = f (Reg): 1 —
Хin = 0.15 kg/kg d.g., Θ = 0.172; 2 — Хin = 0.25 kg/kg d.g.,
Θ = 0.153; 3 — Хin = 0.30 kg/kg d.g., Θ = 0.146
Fig. 4. Dependence nud = f (Reg): 1 — the obtained expe-
rimental data; 2 — calculated data according to [15]
Table 1. The Studied Parameters and Range
of Their Variation
Parameter Dimension Symbol value range
Inlet exhaust-gas
moisture content
kg/kg d.g.
Хin
0.15—0.30
Inlet exhaust-gas
temperature
°С
tg
i n
100—150
Inlet water
temperature
°С
tw
i n
5—50
average Reynolds
number for
exhaust-gas
—
Reg
5000—10000
the number of
rows of tubes in
the bundle
—
M
6—15
Diameter of fins m D 0.049—0.053
Diameter of base
for finning
m
d
0.029—0.031
fin spacing m Sf 0.003—0.005
600
400
200
0.3 0.5
0
800
Nuc 1
2
3
0.1 0.7 0.9 Θ
·10–3Reg
400
300
200
3.0 5.0
100
Nuc
1
2
3
2.0 7.06.04.0
60
40
20
3 5
0
Nud
1
2
2 764 ·10–3Reg
Fialko, N.M., Navrodska, r.o., Gnedash, G.o., Presich, G.o., and shevchuk, s.i.
50 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3)
where A, B are values dependent on moisture con-
tent Х:
A = 8.15 · е 2.99·Х — 10.17; B = 4.71 · е —9.65·Х — 10.86.
to assess the reliability of the data obtained,
they were compared with the results of other re-
searches. fig. 4 shows the results of such a com-
parison at dry heat exchange (without water va-
por condensation). here are the characteristic
data on the number of nud depending on the
change in Reg.
fig. 5 illustrates the dependence of nuc on the
dimensionless temperature Θ at heat-exchange
with condensation for boilers without humidifi-
cation of the combustion air.
the comparative analysis of these results sug-
gests that the discrepancy in the data does not
exceed 8.5%. thus, we can conclude that the ex-
perimental studies carried out allowed us to ob-
tain reliable results to summarize the laws of heat
transfer and thus expand the understanding of
heat transfer and mass transfer during deep coo-
ling of vapor-gas mixtures with initial moisture
content X = 0.15—0.30 kg/kg d.g .
In order to determine the performance charac-
teristics of the complex heat-recovery system for
heating and humidifying the combustion air (see
fig. 1), taking into account the experimental data
obtained, computational studies of the «boiler —
heat-recovery installation» system were carried
out. these calculations are performed depending
on the load of the boiler, since an increase in the
temperature of the combustion air and its humi-
di fication in the surface-contact part of the heat-
recovery system affect the combustion tempera-
ture, the heat balance of the boiler, the output
pa rameters of exhaust-gases, fuel consumption,
boiler efficiency, etc. therefore, the boiler and the
Fig. 5. Dependence nuc = f (Θ): 1 — the obtained ex pe ri-
mental data; 2 — experimental data on [14]
150
100
50
0.3 0.5
0
250
Nuc
2
1
200
0.1 0.7 0.9 Θ
Table 2. Regime Parameters of the Heat-Recovery Unit at 100% Boiler Load
(natural gas consumption Gng = 70.17 m3/h; coefficient of excess air ά =1.2)
Parameter Dimension
heat generating part heat consuming part
Wo
SWh
eGh aP1 cah aP2
І level ІІ level
heat productivity kW 17.7 41.1 21.7 5.4 8.2 61.2 5.7
Water consumption kg/s 0.20 0.92 0.92 0.20 0.20 0.72 0.20
Inlet water temperature °С 69.1 58.5 52.8 90.2 77.0 69.1 83.8
outlet water temperature °С 90.2 69.2 58.5 83.8 67.2 48.8 77.0
exhaust-gas (combustion air) con-
sumption
kg/s
0.36
0.36
0.36
0.36
0.29
0.29
0.29
Inlet exhaust-gas (combustion air)
temperature
°С
159.3
114.1
64.8
62.0
10.0
37.2
50.0
outlet exhaust-gas (combustion
air) temperature
°С
114.1
64.8
62.0
76.0
37.2
50.0
68.9
aerodynamic resistance Pa 41.8 65.2 42.8 33.8 9.1 149.9 15.1
hydraulic resistance kPa 0.2 7.9 7.9 0.1 0.1 17.0 0.1
Increase boiler efficiency % 2.8 6.5 3.5 — — — —
study of heat-recovery systems for heating and Moisturing combustion air of Boiler units
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3) 51
complex heat-recovery unit were considered as in-
terrelated elements of a single system. the pecu-
liarity of this calculation is that the exhaust-gas
output parameters of the boiler are input to the
heat-recovery installation, and the output para-
meters of the combustion air from the installation
become the input to the boiler.
Studies have been conducted for the system
«boiler—heat—recovery installation» with a boiler
with a nominal heating capacity of 0.63 mW.
Wherein, the boiler efficiency calculated by the
highest calorific value of fuel is from 70 to 82%. It
was accepted that in the range of heat load of the
boiler from 40 to 100% the value of the coefficient
of excess air ά in the boiler furnace varies from
1.65 to 1.2, respectively. the heat-recovery sys-
tem implements a condensation mode of opera-
tion of the equipment. therefore, all calculations
are carried out according at the highest calorific
value of fuel. the computational studies were
carried out on the basis of the Institute of engi-
neering thermophysics of national academy of
Sciences of ukraine method of thermal calcula-
tion of surface and contact type condensation
heat-recovery exchangers developed in the De-
partment of thermophysics of energy efficient
heat technologies. for an example, in the table 2
shows the main performance characteristics of
such a calculation at nominal mode of boiler.
the obtained data allowed us to determine the
thermal, hydraulic and operating characteristics
of the system «boiler — heat-recovery installa-
tion» for complex heat-recovery systems with hea-
ting and humidification of the combustion air.
according to the results of the research, a com-
prehensive heat-recovery installation for heat-
ing and moistening the combustion air in the
boiler house of the branch of PSc «kyivenergo»
at the boiler type e-1.0-9Gn-2 was developed
and implemented [16]. tests of such an instal-
lation confirmed its high thermal and environ-
mental efficiency. the payback period of the pro-
posed comp lex heat-recovery system is up to
three years.
Summarizing the foregoing, the following
should be attributed to the main scientific results
obtained for the first time: regularities of heat ex- regularities of heat ex-
change in bundles of transversely finned tubes du-
ring cooling below the dew point temperature of
the exhaust-gases of boilers with a moisture con-
tent of X = 0.15—0.30 kg/kg d.g. are established;
depending on the change in the operating para-
meters of the boiler unit, corresponding to the
temperature schedule of the boiler house, the de-
sign studies of the main performance characteris-
tics of the complex heat-recovery system for hea-
ting and humidifying the combustion air at its
installation for the gas-fired boiler with a nomi-
nal power of 0.63 mW; it is shown that the app li-
cation of the proposed installation allows increa-
sing the coefficient of the use heat of fuel of boiler
depending on its operating mode by 13—20%.
RefeRenceS
1. Jaber, h., khaled, m., Lemenand, t., & Ramadan, m. (2016, July). Short review on heat recovery from exhaust gas.
In AIP Conference Proceedings (vol. 1758, no. 1, p. 030045). Beirut, Lebanon, aIP Publishing. uRL: https://doi.
org/10.1063/1.4959441 (Last accessed: 24.07.2019).
2. efimov, a. v., Goncharenko, a. L., Goncharenko, L. v., & esipenko, t. a. (2017). Modern technologies of deep cooling of
fuel combustion products in boiler plants, their problems and solutions. kharkov: ntu «khPI» [in Russian]. uRL: http://
repository.kpi.kharkov.ua/handle/khPI-Press/32826 (Last accessed: 24.07.2019).
3. Dolinskiy, a. a., fialko, n. m., navrodskaya, R. a., & Gnedash, G. a. (2014). Basic principles of heat recovery technologies
for boilers of the low thermal power. Industrial Heat Engineering, 36(4), 27—35 [in Russian].
4. edward Levy, harun Bilirgen, kwangkook Jeong, michael kessen, christopher Samuelson, & christopher Whitcombe.
Recovery of Water from Boiler Flue Gas. uRL: https://doi:10.2172/952467 (Last accessed: 24.07.2019)
5. fialko, n. m., navrodskaya, R. a., Gnedash, G. a., Presich, G. a., & Stepanova, a. I. (2014). Increasing the efficiency of
boi ler plants of communal heat energy by combining the heat of the exhaust-gases. International Scientific Journal
«Alternative Energy and Ecology», 15, 126—129 [in Russian].
Fialko, N.M., Navrodska, r.o., Gnedash, G.o., Presich, G.o., and shevchuk, s.i.
52 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3)
6. Wei, m., zhao, X., fu, L., & zhang, S. (2017). Performance study and application of new coal-fired boiler flue gas heat
recovery system. Applied energy, 188, 121—129. uRL: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.132 (Last acces-
sed: 24.07.).
7. navrodskaya, R., fialko, n., Gnedash, G., & Sbrodova, G. (2017). energy-efficient heat recovery system for heating the
backward heating system water and blast air of municipal boilers. Thermophysics and Thermal Power Engineering, 39(4),
69—75 [in ukrainian]. uRL: https://doi.org/https://doi.org/10.31472/ihe.4.2017.10 (Last accessed: 24.07.2019).
8. fialko, n. m., Presich, G. a., navrodskaya, R. a., & Gnedash, G. a. (2011). Improvement of the complex heat-recovery
system of exhaust-gases of boilers for heating and humidifying blown air. Industrial Heat Engineering, 33(5), 88—95 [in
ukrainian].
9. fialko, n. m., Presich, G. a., Gnedash, G. a., Shevchuk, S. I., & Dashkovska, I. L. (2018). Increase the efficiency
of complex heat-recovery systems for heating and humidifying of blown air of gas-fired boilers. Industrial Heat Engi-
nee ring, 40(3), 38—45[in ukrainian]. uRL: https://doi.org/https://doi.org/10.31472/ihe.3.2018.06 (Last accessed:
30.07.2019).
10. navrodska, R., fialko, n., Presich, G., Gnedash, G., alioshko, S., & Shevcuk, S. (2019). Reducing nitrogen oxide emis-
sions in boilers at moistening of blowing air in heat recovery systems. In E3S Web of Conferences April 8—10, 2019,
Polanica-Zdrój. eDP Sciences. v. 100, p. 00055. uRL: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910000055 (Last accessed:
30.07.2019).
11. Patent of Ukraine N 56591. Presich h. o., fialko n. m., navrodska R. o. heat utilizer. [in ukrainian]. uRL: http://
uapatents.com/3-56591-teploutilizator.html (Last accessed: 30.07.2019).
12. fialko, n. m., navrodska, R. o., Shevchuk, S. I., Presich, G. a., & Gnedash, G. a. (2017). heat methods of the Gas-
escape channels of Boiler Installations by heat-utillization technologies applicatoin. Scientific Bulletin of UNFU,
27(6), 125—130 [in ukrainian]. uRL: https://doi.org/10.15421/40270625 (Last accessed: 30.07.2019).
13. kuznetsov, n. v., mitor, v. v., Dubovsky, I. e. (2011). Thermal calculation of boiler units. Normative method. moscow,
ekolit.
14. navrodska, R., Stepanova, a., Shevchuk, S., Gnedash, G., Presich, G. (2018). experimental investigation of heat-transfer
at deep cooling of combustion materials of gas-fired boilers. Scientific Bulletin of UNFU, 28(6), 103—108. uRL: https://
doi.org/10.15421/40280620 (Last accessed: 30.07.2019).
15. Guidance technical material 108.030.140—87 (1987). calculation and recommendations for the design of transverse-
finned convective heating surfaces of stationary boilers. Leningrad, ministry of Power engineering. 33 p. [in Russian].
16. fialko, n., Presich, G., navrodska, R., & Gnedash, G. (2013). ecological efficiency of combined heat recovery sys-
tems waste of exhaust gases for boiler plant. Bulletin of Lviv Polytechnic National University. The theory and practice
of construction, 755, 429—434 [in ukrainian]. uRL: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/22345 (Last accessed:
30.07.2019).
Стаття надійшла до редакції / Received 15.08.19
Статтю прорецензовано / Revised 28.10.19
Статтю підписано до друку / Accepted 23.12.19
Н.М. Фіалко, Р.О. Навродська,
Г.О. Гнєдаш, Г.О. Пресіч, С.І. Шевчук
Інститут технічної теплофізики НаН України,
вул. марії капніст, 2а, київ, 03057, Україна,
+380 44 453 2859, +380 44 456 9171, navrodska-ittf@ukr.net
ДоСЛІДжеННя теПЛоУтиЛІзацІЙНиХ СиСтем
ДЛя ПІДІГРІваННя та звоЛожеННя ДУттьовоГо
ПовІтРя котеЛьНиХ УСтаНовок
Вступ. одним зі шляхів економії природного газу й поліпшення умов довкілля є за сто сування в комунальній
енергетиці прогресивних технологій утилізації теплоти відхідних димових газів котельних установок, в яких реа-
лізується конденсаційний режим роботи теплоутилізаційного обладнання. Для підсилення екологічного ефекту в
деяких теплоутилізаційних системах відбувається процес зволоження дуттьового повітря, що зменшує температу ру
горіння палива та знижує концентрацію оксидів азоту в продуктах згоряння.
study of heat-recovery systems for heating and Moisturing combustion air of Boiler units
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (3) 53
Проблематика. При зволоженні дуттьового повітря відхідні гази котла характеризуються підвищеним вмістом
вологи. У відомих розрахункових методиках відсутні дані щодо теплообміну за цих умов. це є проблемою для про-
ведення теплових розрахунків таких установок.
Мета. встановлення закономірностей теплообміну при підвищеному вологовмісті димових газів в тепло ути лі-
заційному обладнанні, що складається з пучків поперечно оребрених труб, і визначення основних параметрів запро-
понованої комплексної установки.
Матеріали й методи. експериментальні дослідження теплообміну проводилися на спеціально створеному стенді.
Для теплового та гідравлічного розрахунку теплоутилізаційної установки застосовано відомі розрахункові методики
з урахуванням отриманих експериментальних даних.
Результати. встановлено закономірності теплообміну при глибокому охолодженні димових газів із вологовміс-
том Х = 0,15—0,30 кг/кг сухих газів. визначено теплові, гідравлічні та режимні характеристики запропонованої
комплексної теплоутилізаційної установки з підігріванням і зволоженням дуттьового повітря в різних режимах
роботи котла. Розробку було впроваджено, проведено її випробування, які підтвердили високу теплову та екологічну
ефективність.
Висновки. застосування запропонованої комплексної теплоутилізаційної установки дозволяє підвищити кое фі-
цієнт використання теплоти палива котла на 13—20 % залежно від режиму його роботи.
Ключові слова: утилізація теплоти димових газів, підвищений вологовміст, конденсаційний режим, теплообмін,
ефективність використання палива, зниження шкідливих викидів.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184847 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T18:21:40Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Fialko, N.M. Navrodska, R.O. Gnedash, G.O. Presich, G.O. Shevchuk, S.I. 2022-07-21T15:14:15Z 2022-07-21T15:14:15Z 2020 Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units / N.M. Fialko, R.O. Navrodska, G.O. Gnedash, G.O. Presich, S.I. Shevchuk // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 3. — С. 47-53. — Бібліогр.: 16 назв. — англ. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin16.03.047 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184847 Introduction. One of the ways to save natural gas and to improve the environmental conditions in the municipal
 heat-power engineering is to use progressive technologies for recovering the heat of flue gases from boiler
 plants, in which the condensation mode of operation of heat-recovery equipment is implemented. To increase
 the ecological effect in some heat-recovery systems, a humidification process of the combustion air occur. This
 lowers the combustion temperature of the fuel and reduces the concentration of nitrogen oxides in the combustion
 products. Problem Statement. At humidifying combustion air, the boiler exhaust-gases are characterized by high moisture
 content. In the known calculation methods, there are no data on heat transfer under these conditions. This is
 a problem for conducting thermal calculations of such installations.
 Purpose. Establishing patterns of heat transfer at an increased moisture content of exhaust-gases in heatrecovery
 equipment, consisting of bundles of transverse-finned pipes, and determining the main parameters of
 the proposed complex installation. Materials and Methods. Experimental studies of heat transfer were carried out on a specially created stand. For the thermal and hydraulic calculation of a heat-recovery installation, known calculation methods were used,
 taking into account the experimental data obtained.
 Results. The laws of heat transfer during deep cooling of exhaust-gases with moisture content X = 0.15—0.30
 kg/kg d.g. are established. The thermal, hydraulic and operating characteristics of the proposed complex
 heat-recovery installation with heating and humidification of the combustion air in different modes of operation
 of the boiler are determined. This installation has been introduced; its tests have been carried out, which have
 confirmed high thermal and environmental efficiency.
 Conclusions. The application of the proposed complex heat-recovery unit allows increasing the coefficient
 of the use heat of fuel of boiler depending on its operating mode by 13—20%. Вступ. Одним зі шляхів економії природного газу й поліпшення умов довкілля є застосування
 в комунальній
 енергетиці прогресивних технологій утилізації теплоти відхідних димових газів котельних установок, в яких реалізується
 конденсаційний режим роботи теплоутилізаційного обладнання. Для підсилення екологічного ефекту в
 деяких теплоутилізаційних системах відбувається процес зволоження дуттьового повітря, що зменшує температуру
 горіння палива та знижує концентрацію оксидів азоту в продуктах згоряння.
 Проблематика. При зволоженні дуттьового повітря відхідні гази котла характеризуються підвищеним вмістом
 вологи. У відомих розрахункових методиках відсутні дані щодо теплообміну за цих умов. Це є проблемою для проведення
 теплових розрахунків таких установок.
 Мета. Встановлення закономірностей теплообміну при підвищеному вологовмісті димових газів в теплоутилізаційному
 обладнанні, що складається з пучків поперечно оребрених труб, і визначення основних параметрів запропонованої
 комплексної установки.
 Матеріали й методи. Експериментальні дослідження теплообміну проводилися на спеціально створеному стенді.
 Для теплового та гідравлічного розрахунку теплоутилізаційної установки застосовано відомі розрахункові методики
 з урахуванням отриманих експериментальних даних.
 Результати. Встановлено закономірності теплообміну при глибокому охолодженні димових газів із вологовмістом
 Х = 0,15—0,30 кг/кг сухих газів. Визначено теплові, гідравлічні та режимні характеристики запропонованої
 комплексної теплоутилізаційної установки з підігріванням і зволоженням дуттьового повітря в різних режимах
 роботи котла. Розробку було впроваджено, проведено її випробування, які підтвердили високу теплову та екологічну
 ефективність.
 Висновки. Застосування запропонованої комплексної теплоутилізаційної установки дозволяє підвищити коефіцієнт
 використання теплоти палива котла на 13—20 % залежно від режиму його роботи. en Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units Дослідження теплоутилізаційних систем для підігрівання та зволоження дуттьового повітря котельних установок Article published earlier |
| spellingShingle | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units Fialko, N.M. Navrodska, R.O. Gnedash, G.O. Presich, G.O. Shevchuk, S.I. Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| title | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units |
| title_alt | Дослідження теплоутилізаційних систем для підігрівання та зволоження дуттьового повітря котельних установок |
| title_full | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units |
| title_fullStr | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units |
| title_full_unstemmed | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units |
| title_short | Study of Heat-Recovery Systems for Heating and Moisturing Combustion Air of Boiler Units |
| title_sort | study of heat-recovery systems for heating and moisturing combustion air of boiler units |
| topic | Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184847 |
| work_keys_str_mv | AT fialkonm studyofheatrecoverysystemsforheatingandmoisturingcombustionairofboilerunits AT navrodskaro studyofheatrecoverysystemsforheatingandmoisturingcombustionairofboilerunits AT gnedashgo studyofheatrecoverysystemsforheatingandmoisturingcombustionairofboilerunits AT presichgo studyofheatrecoverysystemsforheatingandmoisturingcombustionairofboilerunits AT shevchuksi studyofheatrecoverysystemsforheatingandmoisturingcombustionairofboilerunits AT fialkonm doslídžennâteploutilízacíinihsistemdlâpídígrívannâtazvoložennâduttʹovogopovítrâkotelʹnihustanovok AT navrodskaro doslídžennâteploutilízacíinihsistemdlâpídígrívannâtazvoložennâduttʹovogopovítrâkotelʹnihustanovok AT gnedashgo doslídžennâteploutilízacíinihsistemdlâpídígrívannâtazvoložennâduttʹovogopovítrâkotelʹnihustanovok AT presichgo doslídžennâteploutilízacíinihsistemdlâpídígrívannâtazvoložennâduttʹovogopovítrâkotelʹnihustanovok AT shevchuksi doslídžennâteploutilízacíinihsistemdlâpídígrívannâtazvoložennâduttʹovogopovítrâkotelʹnihustanovok |