Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок

Викладено методику визначення функціональних залежностей ексерго-технологічного та тепло-ексергетичного критеріїв ефективності від вхідних фізичних та теплотехнічних параметрів теплоносіїв, а також конструктивних параметрів теплообмінної поверхні газоповітряних теплоутилізаторів. Наведено результати...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Промышленная теплотехника
Дата:	2011
Автори:	Фиалко, Н.М., Прокопов, В.Г., Шеренковский, Ю.В., Степанова, А.И., Навродская, Р.А., Новаковский, М.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Теми:	Теплоэнергетические установки
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60330
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Ю.В. Шеренковский, А.И. Степанова, Р.А. Навродская, М.А. Новаковский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 42-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60330
record_format	dspace
spelling	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Шеренковский, Ю.В. Степанова, А.И. Навродская, Р.А. Новаковский, М.А. 2014-04-14T13:44:03Z 2014-04-14T13:44:03Z 2011 Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Ю.В. Шеренковский, А.И. Степанова, Р.А. Навродская, М.А. Новаковский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 42-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60330 621.036.7 Викладено методику визначення функціональних залежностей ексерго-технологічного та тепло-ексергетичного критеріїв ефективності від вхідних фізичних та теплотехнічних параметрів теплоносіїв, а також конструктивних параметрів теплообмінної поверхні газоповітряних теплоутилізаторів. Наведено результати оцінки ступеня впливу окремих параметрів на ефективність теплоутилізаційного обладнання. Изложена методика определения функциональных зависимостей эксерго-технологического и тепло-эксергетического критериев эффективности от входных физических и теплотехнических параметров теплоносителей, а также конструктивных параметров теплообменной поверхности газовоздушных теплоутилизаторов. Приведены результаты оценки степени влияния некоторых параметров на эффективность теплоутилизационного оборудования. The new methodology to define of dependences of exergy-technological and termo-exеrgical criteria of efficiency on input physical, thermotechnical and constructional parameters for air-gas thermoutilyzers are suggested. Results of evоluation ofsome parameters effect at efficiency of utilizers are shown in suggested papers. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплоэнергетические установки Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок Exergy-technological efficiency fuel gas rotary heat exchanger of the power plants Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
spellingShingle	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Шеренковский, Ю.В. Степанова, А.И. Навродская, Р.А. Новаковский, М.А. Теплоэнергетические установки
title_short	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
title_full	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
title_fullStr	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
title_full_unstemmed	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
title_sort	эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок
author	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Шеренковский, Ю.В. Степанова, А.И. Навродская, Р.А. Новаковский, М.А.
author_facet	Фиалко, Н.М. Прокопов, В.Г. Шеренковский, Ю.В. Степанова, А.И. Навродская, Р.А. Новаковский, М.А.
topic	Теплоэнергетические установки
topic_facet	Теплоэнергетические установки
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Промышленная теплотехника
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
format	Article
title_alt	Exergy-technological efficiency fuel gas rotary heat exchanger of the power plants
description	Викладено методику визначення функціональних залежностей ексерго-технологічного та тепло-ексергетичного критеріїв ефективності від вхідних фізичних та теплотехнічних параметрів теплоносіїв, а також конструктивних параметрів теплообмінної поверхні газоповітряних теплоутилізаторів. Наведено результати оцінки ступеня впливу окремих параметрів на ефективність теплоутилізаційного обладнання. Изложена методика определения функциональных зависимостей эксерго-технологического и тепло-эксергетического критериев эффективности от входных физических и теплотехнических параметров теплоносителей, а также конструктивных параметров теплообменной поверхности газовоздушных теплоутилизаторов. Приведены результаты оценки степени влияния некоторых параметров на эффективность теплоутилизационного оборудования. The new methodology to define of dependences of exergy-technological and termo-exеrgical criteria of efficiency on input physical, thermotechnical and constructional parameters for air-gas thermoutilyzers are suggested. Results of evоluation ofsome parameters effect at efficiency of utilizers are shown in suggested papers.
issn	0204-3602
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60330
citation_txt	Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок / Н.М. Фиалко, В.Г. Прокопов, Ю.В. Шеренковский, А.И. Степанова, Р.А. Навродская, М.А. Новаковский // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 3 — С. 42-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT fialkonm éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT prokopovvg éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT šerenkovskiiûv éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT stepanovaai éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT navrodskaâra éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT novakovskiima éksergotehnologičeskaâéffektivnostʹgazovozdušnyhteploutilizatorovénergetičeskihustanovok AT fialkonm exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants AT prokopovvg exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants AT šerenkovskiiûv exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants AT stepanovaai exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants AT navrodskaâra exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants AT novakovskiima exergytechnologicalefficiencyfuelgasrotaryheatexchangerofthepowerplants
first_indexed	2025-11-26T04:25:23Z
last_indexed	2025-11-26T04:25:23Z
_version_	1850611670396698624
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №342 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ УДК 621.036.7 Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Степанова А.И., Навродская Р.А., Новаковский М.А. Институт технической теплофизики НАН Украины ЭКСЕРГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГАЗОВОЗДУШНЫХ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Викладено методику визна- чення функціональних залежнос- тей ексерго-технологічного та тепло-ексергетичного критеріїв ефективності від вхідних фізич- них та теплотехнічних парамет- рів теплоносіїв, а також конструк- тивних параметрів теплообмінної поверхні газоповітряних тепло- утилізаторів. Наведено результа- ти оцінки ступеня впливу окре- мих параметрів на ефективність теплоутилізаційного обладнання. Изложена методика определе- ния функциональных зависимостей эксерго-технологического и тепло- эксергетического критериев эффек- тивности от входных физических и теплотехнических параметров теплоносителей, а также конструк- тивных параметров теплообменной поверхности газовоздушных тепло- утилизаторов. Приведены результа- ты оценки степени влияния некото- рых параметров на эффективность теплоутилизационного оборудова- ния. The new methodology to define of dependences of exergy-technological and termo-exеrgical criteria of efficiency on input physical, thermotechnical and constructional parameters for air-gas thermoutilyzers are suggested. Results of evоluation ofsome parameters effect at efficiency of utilizers are shown in suggested papers. b – толщина мембраны; cp – удельная изобарная теплоемкость; d1 – внутренний диаметр трубы; d2 – наружный диаметр трубы; E – эксергетическая мощность; F – поверхность теплообмена; G – массовый расход теплоносителя; hмем – высота мембраны; i – энтальпия; l – длина трубы; т exk – эксерго-технологический критерий; m – масса; N – количество труб в теплоутилизаторе; Nu – число Нуссельта; n – количество элементов в технологической системе; Pr – число Прандтля; Q – тепловая мощность; R – газовая постоянная; Re – число Рейнольдса; s1 – расстояние между панелями или трубами пучка в направлении, перпендикулярном потоку газов; s2 – расстояние между трубами в панели или пучке в продольном направлении; T – температура; T0 – температура окружающей среды; w – скорость; λ – теплопроводность; ∆ – изменение величины; ε – тепло-эксергетический критерий; μм – молекулярная масса; ξ – коэффициент загрязнения; ρ – плотность. Индексы верхние: дг – дымовые газы; возд – воздух; внут – внутренний параметр; внеш – внешний параметр; нар – наружная поверхность. Индексы нижние: вх, вых – входной, выходной параметр; мем – мембрана; п – полная; пот – потери; тр – труба; ex – эксергетический. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 43 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ В современной практике термодинами- ческого анализа нашли успешное применение эксергетические характеристики термодинами- ческих систем, которые позволяют объектив- но сопоставлять в количественных оценках по физически однородным категориям каче- ственно неравноценные по их взаимопревра- щаемости энергоресурсы теплотехнических устройств. В настоящее время все большее развитие получают методы анализа, оптими- зации и синтеза энергетических систем, осно- ванные на использовании указанных характе- ристик и установлении их взаимосвязи с экономическими, теплотехническими, техно- логическими и другими показателями этих систем. Это дает возможность объединить основные параметры энергетических уста- новок в соответствующие критерии, которые используются при комплексном анализе их эффективности и при решении оптимизацион- ных задач [1]. В работах [2-4] предложены эксерго-технологический т exk =Епотm/Q2 и тепло-эксергетический ε = Епот/Q критерии эффективности, с помощью которых прове- ден сравнительный анализ эффективности и определены оптимальные геометрические па- раметры поверхностей теплообмена теплоути- лизационного оборудования энергетических установок различного типа. При решении оптимизационных задач необходимые функци- ональные зависисимости предложенных кри- териев эффективности от параметров теплооб- менной поверхности теплоутилизаторов были получены с использованием статистических методов планирования эксперимента, при этом математическая модель каждого из исследуе- мых объектов задавалась в виде квадратичной функции (уравнения регрессии). Целью данной работы является определе- ние для газовоздушных теплоутилизаторов функциональных зависимостей эксерго-техно- логического и тепло-эксергетического критери- ев эффективности непосредственно от входных физических и теплотехнических характерис- тик теплоносителей, а также конструктив- ных параметров поверхности теплообмена; изучение с помощью полученных соотношений влияния на эффективность указанного обору- дования его теплотехнических и конструктив- ных параметров. Рассматривался газовоздушный теплоути- лизатор, теплообменная поверхность которого представляет собой набор панелей, которые об- разованы из труб с кольцевой накаткой, соеди- ненных мембранами. Панели расположены в коридорном порядке по ходу дымовых газов. Движение теплоносителей перекрестноточное с одноходовым движением греющих дымовых газов, омывающих наружную поверхность па- нелей, и многоходовым движением нагревае- мого воздуха, проходящего внутри труб. На рис. 1 представлены схема расположения мем- бранных панелей, профиль образованного ими канала для прохождения дымовых газов и фраг- мент трубы с кольцевой накаткой. Полный анализ реальных необратимых процессов в теплоутилизаторах должен прово- диться не только на основе тепловых и матери- альных балансовых уравнений, но и включать эксергетические балансовые уравнения, что позволяет оценить степень термодинамиче- ского совершенства теплоутилизатора и его от- дельных элементов, а также наметить пути их оптимизации. Соответствующая система урав- нений имеют вид: внут внеш вых вх пот пот 1 1 1 1 вх вх вых вых 1 1 1 0; 0; const. n n n m i i i j i i i j n n i i i i i i n i i E E E E G h G h G = = = = = = = − + + = − = = ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ (1) Для рассматриваемого газовоздушного теп- лоутилизатора систему эксергетических, теп- ловых и материальных балансовых уравнений можно записать в следующем виде, дополнив их уравнениями теплопередачи: дг воз дг воз внут внеш вых вых вх вх пот пот дг дг воз воз 0; 0; E E E E E E G h G h + − − + + = − = дг const;G = ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №344 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ а) б) в) Рис. 1. Теплообменная поверхность элемента трубного пучка газовоздушного теплоутилизатора: а) – схема расположения мембранных панелей; б) – профиль канала для прохождения дымовых газов; в) – фрагмент трубы с кольцевой накаткой. ( ) ( ) воз дгдг дг дг дг ср вх вых п возвоз воз воз воз внут ср вых вх тр const; 0; 0. р р G G с Т Т k TF G с Т Т k TF = − − ∆ = − − ∆ = Существующий режим работы газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок позволяет при решении поставленной задачи принять следующие допущения: Внешними эксергетическими потерями, свя- занными с условиями сопряжения системы с окружающей средой, можно пренебречь и в эксергетическом балансовом уравнении учи- тывать только внутренние эксергетические потери (деструкцию) в теплоутилизаторе, вызванные неравновесным теплообменом между теплоносителями при конечном тем- пературном напоре. При определении внутренних эксергетиче- ских потерь допустимо использовать урав- нение состояния идеального газа, так как в заданных диапазонах температур и давлений дымовые газы и воздух можно считать иде- альным газом. Суммарные водяные эквиваленты потоков теплоносителей можно считать уравнове- шенными, поскольку для рассматриваемого газо-воздушного теплоутилизатора их раз- ность не превышает 12 % средней величины. дг дг воз воз р рG с G с С≈ = . Возможно проводить линеаризацию соот- ношений, содержащих величины дг дг вхр р∆ и воз воз вхр р∆ , поскольку для указанных величин выполняются следующие условия, при кото- рых вклад членов более высокого порядка не превышает 10 %: дг дг вх 0, 2р р∆ << и воз воз вх 0, 2р р∆ << . Тогда использование балансовых уравнений (2) с учетом указанных допущений приводит к сле- дующим соотношениям для потерь эксергети- ческой мощности в теплоутилизаторе: Епот = Gдг ( ) дг дг дг дг дг дг вх вх вх вых 0 дг д.г дг вых м вых ln lnр р Т рRс T Т Т с Т р    − − − −  µ   Gвоз ( ) воз воз воз воз воз воз вых вых вых вх 0 воз воз воз вх м вх ln ln ;р р Т рRс Т Т Т с Т р    − − −  µ   (2) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 45 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Епот =Т0 воз воз дг дг воз воз дг дгвых вых вых вых воз воз воз дг дг дг вх м вх вх м вх ln ln ln ln ;р р Т р Т рR RG с G с Т р Т р      − + −    µ µ     Епот =Т0 { } воз воз дг дгвоз дг воз воз дг дгвых вх вх вых воз воз воз дг дг дг вх м вх вх м вх ln 1 ln 1 ln 1 ln 1 ,р р Т Т Т ТR р R рG с G с Т р Т р            − −∆ ∆ + − − + − − −            µ µ           . (3) Для получения зависимостей эксерго- технологического и тепло-энергетического критериев эффективности газовоздушного теплоутилизатора от входных физических и теплотехнических характеристик теплоно- сителей, а также параметров теплообменной поверхности, кроме соотношений (2) и (3), использовались соотношения для основных характеристик гидродинамических и тепло- обменных процессов в панельных теплоути- лизаторах мембранного типа с коридорным расположением панелей [5-7]. В уравнении теплопередачи для дымовых газов, входящем в общую систему балансовых уравнений (2), величина среднего температурного напора для рассматриваемой схемы движения теплоноси- телей с многократно перекрестным током T∆ может быть выражена через величину среднего температурного напора для противоточной схе- мы протT∆ : прот ,T T∆ = ψ∆ (4) где ψ – коэффициент пересчета от противоточ- ной схемы к схеме с многократно перекрестным током, определяемый по соответствующим но- мограммам с учетом безразмерных определяю- щих параметров P и R [6]: дг воз м вх вх б м/ ( ); / ,P Т Т R= τ − = τ τ где τб, τм – полные больший и меньший пере- пады температур теплоносителей. Для противоточной схемы средний темпе- ратурный напор: ( ) ( )дгдг воз прот вх вх пдг п 1 exp 1 ;T Т Т rk F rk F  ∆ = − − −  − (5) дг дг воз воз1 1р рr G с G с= − . С учетом приведенных выше допущений для противоточной схемы: дг дг воз воз1 1 0;р рr G с G с= − → (6) ( )дг дг п п0 1lim exp 1 ; r rk F k F r→  − − = −   (7) ( ) дгдг дг дг воз вх вых вх вх п 1Т Т Т Т k F С − = − . (8) Тогда для рассматриваемой схемы с много- кратно перекрестным током: ( ) дгдг дг дг воз вх вых вх вх пТ Т Т Т k F С ψ − = − . (9) Наличие технологического уноса в отходя- щих газах энергетических установок является причиной образования загрязняющего слоя на теплообменных поверхностях теплоутилизато- ров. Так, например, запыленность отходящих газов стекловаренных печей составляет 200…1000 мг/м3. Пылевые частицы, содержа- щиеся в дымовых газах, оседая на поверхно- стях нагрева, за короткий период существенно уменьшают теплопроизводительность утили- зационных установок. Толщина отложений твердого технологического уноса определяется химическим, дисперсным и количественным составом пыли [8]. В связи с этим коэффициент теплопередачи дг k вычислялся с учетом тер- мического сопротивления загрязняющего слоя, путем введения в расчеты коэффициента ξ, ха- рактеризующего степень загрязнения тепло- обменной поверхности теплоутилизатора со стороны дымовых газов. Используемый коэф- фициент загрязнения ξ связан с коэффициентом тепловой эффективности φ, который представ- ляет собой отношение коэффициентов тепло- передачи загрязненных и чистых труб, следую- щим образом: ( ) ( )дг к= 1-ξ ϕ ϕα . ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №346 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Здесь дг кα – усредненный по всей теплообмен- ной поверхности конвективный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы. Тогда при отнесении теплового потока к наружной поверхности панелей для рассма- триваемой схемы с многократно перекрестным током: ( )дг воз вх вхдг дг вх вых дг к дг воз внут пр п к тр 1 1 Т Т Т Т С F F ψ − − =  + ξα +  α α  . (10) Здесь дг прα – приведенный коэффициент тепло- отдачи, учитывающий суммарное термическое сопротивление переходу теплоты от дымовых газов к стенке трубы и в мембране. Приведенный коэффициент теплоотдачи дг прα можно выразить через конвективный коэф- фициент теплоотдачи и параметры мембранной теплообменной поверхности следующим обра- зом: нар трдг дг мем пр к мем тр п п . FFH F F   α = α ν + ν     (11) Здесь H – коэффициент эффективности мембраны. Коэффициенты трν и мемν являют- ся функциями коэффициентов теплоотдачи на поверхности трубы и мембраны, также отно- шений температурных напоров соответственно в корне мембраны и на поверхности трубы к среднему температурному напору на поверхно- сти теплообмена. Связь между коэффициента- ми трν и мемν определяется следующим соот- ношением: нар трп мем тр мем п 1 . FF F F   ν = −ν     (12) Для пучков с коридорным расположени- ем труб среднее значение коэффициента трν можно принять равным 1,1 в характерном для практики диапазоне изменения геометриче- ских параметров теплообменной поверхности и числа Re. Тогда с учетом соотношений (11) и (12) выражение для приведенного коэффици- ента теплоотдачи можно записать следующим образом: ( ) нар трдг дг пр к п 1,1 1 . F H H F   α = α + −     (13) Коэффициент эффективности мембраны H можно вычислить с помощью следующих соот- ношений: ( )мем мемth / ;H ph ph= ( ) дг к мем дг мем к 2 1 p b α ν = λ + ξα ; ( )мем 2 20,5h s d= − . (14) Наличие кольцевой накатки на поверхности труб приводит к дополнительной турбулиза- ции проходящего внутри труб воздуха. Степень турбулизации можно охарактеризовать коэф- фициентом турбулизации k, представляющим собой отношение коэффициентов теплоотдачи труб с кольцевой накаткой и гладких труб. Для расчета коэффициента теплоотдачи при турбу- лентном течении воздуха в трубах с кольцевой накаткой воз кα и коэффициента теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы в коридорных мембранных пучках дг кα использовались сле- дующие соотношения: ( ) ( )0,8 0,43воз воз возNu 0,022 Re Pr ;k= ⋅ (15) ( )0,75дг дгNu 0,051 Re .= (16) Для дымовых газов аэродинамическое сопро- тивление в коридорных мембранных пучках: ( )2дг дг дг 0 20,5 ,р k z w∆ = ρ (17) где k0 – удельный коэффициент сопротивления, отнесенный к одному поперечному ряду труб z2: 1,.5 1 2 0 ' 2 2 / 10,074 . / 1 s dk s d −  − =  −  (18) Относительный диагональный шаг коридорно- го пучка s2/d, характеризующий ширину и фор- му канала для прохождения газов, в качестве обобщенного геометрического параметра наилучшим образом отражает влияние отно- сительных шагов труб на количественные при- знаки теплоотдачи. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 47 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Потери давления при турбулентном неизотер- мическом течении воздуха в трубах: ( ) ( ) 2воз воз воз 2воз 1 . 2 1,82ln Re 1,64 l w р d ρ ∆ = − (19) С учетом приведенных выше формул получены выражения для эксерго-техноло- гического и тепло-эксергетического критериев эффективности, включающие только входные физические и теплотехнические характерис- тики теплоносителей, а также конструктив- ные параметры поверхности теплообмена. Для эксерго-технологического критерия эффектив- ности: ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) дг воздг воз вх вхт вх вх ex воз дг дг воз внут дг дг дг воз внут вх к пр п к тр вх к пр п к тр 2воз воз 1 2 2 'воз воз воз воз 2 21 м вх ln 1 ln 1 1 1 1 1 / 10,074 / 12 1,82ln Re 1,64р Т ТТ Тk СТ F F СТ F F Rl w s dR s dd с р     − ψ−    = + + − +    + ξα α + α + ξα α + α     ρ − + + −− µ ( )21,5 дг дг 0 дг дг дг м вх р ; 2 w Т mCN р с Q − ρ     µ   (20) Здесь: ( ) ( )0,75дг дг дг нар пр тр п 20,051 Re 1,1 1H F H F d α = λ + −  ; ( ) ( )0,8 0,43воз воз воз воз к 10,022 Re Prk dα = λ ; ( ) ( )( )дгдг воз дг воз внут вх вх к п к трпр 1 1Q Т Т F F= ψ − + εα α + α ; внут тр 1F lN d= π ; нар тр 2F lN d= π ; ( )мем 2 22F lN s d= − ; ( )п 2 2 22 0,5 .F lN s d d= − + π ( )мем мемth / ;H ph ph= ( ) дг к мем дг мем к 2 1 p b α ν = λ + ξα ; ( )мем 2 20,5h s d= − . Результаты расчета значений эксерго-техно- логического и тепло-эксергетического крите- риев при различных параметрах поверхности теплообмена рассматриваемого газовоздушно- го теплоутилизатора, проведенные в соответ- ствии с выражением (20) и полученные ранее [2-4], показали их удовлетворительное совпа- дение. Расхождение между значениями крите- риев эффективности не превышает 5 %. С помощью полученного выражения для эксерго-технологического критерия эффектив- ности проанализировано влияние на эффектив- ность газовоздушного теплоутилизатора стек- ловаренной печи степени загрязнения тепло- обменной поверхности и наличия в трубах кольцевой накатки. На рис. 2 представлены зависимости эксерго-технологического крите- рия эффективности от коэффициента загрязне- ния трубного пучка ξ для различных значений Reдг при следующих параметрах: Reвоз = 15000; s1 = 60 мм; s2 = 60 мм; d = 30 мм; k = 2,0; ψ ≈ 0,995 ([6] номограмма 31, кривая 4 при P ≈ 0,4 и R ≈ 1,1). Увеличение эксерго-техноло- гического критерия эффективности соответ- ствует снижению эффективности теплоутили- затора. Как видно из графиков, представленных на рис. 2, на всех стадиях образования отло- жений на теплообменной поверхности уве- личение числа Рейнольдса для дымовых га- зов от 7000 до 15000 приводит к повышению эксерго-технологической эффективности теп- лоутилизатора (эксерго-технологический кри- терий эффективности снижается). При этом степень влияния числа Рейнольдса на эффек- тивность теплоутилизатора повышается при увеличении степени загрязнения поверхности (эксерго-технологический критерий эффек- тивности при увеличение числа Рейнольдса от 7000 до 15000 снижается в 1,4 раза для ξ = 0 и в 1,6 раза для ξ = 0,03). На представленных графиках в исследуемом диапазоне измене- ния чисел Рейнольдса наблюдаются три обла- сти изменения коэффициента загрязнения ξ: 0…0,008; 0.008…0,018 и 0,018…0,03. На вто- ром участке, начиная со значений ξ ≈ 0,008, происходит достаточно быстрое, а на третьем – ; ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №348 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ резкое снижение эксерго-технологической эф- фективности теплоутилизатора (соответствен- но увеличению эксерго-технологического кри- терия эффективности). В среде дымовых газов стекловаренных печей степень загрязнения теплообменной поверхности, соответствую- щая ξ ≈ 0,008, достигается, в среднем, за две недели работы теплоутилизатора. При этом на поверхности теплообмена с газовой стороны образуются рыхлые отложения пыли. Таким образом, после двух недель работы теплоути- лизатора для нормальной эксплуатации тепло- утилизационного оборудования целесообраз- но удаление пылевых отложений с помощью специальной системы очистки поверхностей нагрева. На рис. 3 представлены зависимости эксерго-технологического критерия эффектив- ности от коэффициента турбулизации k для различных значений Reвоз при следующих параметрах: Reдг = 15000; s1 = 60мм; s2 = 60мм; d = 30мм; ξ = 0; ψ ≈ 0,995 ([6] номограмма 31, кривая 4 при P ≈ 0,4 и R ≈ 1,1). Как видно из графиков, наличие на трубах кольцевой накатки для всех значений Reвоз по- вышает эксерго-технологическцую эффектив- Рис. 2. Зависимость эксерго-технологического критерия эффективности т exk от коэффициента загрязнения трубного пучка ξ: Reвоз = 15000; s1 = 60 мм; s2 = 60 мм; d = 30 мм; k = 2,0; ψ ≈ 0,995. ность теплоутилизационного оборудования. При k = 2,0 эксерго-технологический крите- рий эффективности рассматриваемого тепло- утилизатора уменьшается в 2,4…3,3 раза по сравнению с соответствующим теплоутилиза- тором с гладкими трубами. Степень влияния числа Reвоз на эксерго-технологическцую эф- фективность теплоутилизатора различна для разных значений коэффициента турбулизации и уменьшается с увеличением k. Коэффициент турбулизации k = 2,0 соответствует рациональ- ным параметрам накатки (d/d1 = 0,906, t/d1 = 1,050), при которых наблюдается несколько преобладающий рост теплоотдачи по сравне- нию с ростом гидравлического сопротивления. Использование в газовоздушных теплоути- лизаторах труб с указанными параметрами кольцевой накатки позволяет повысить эксерго- технологическую эффективность теплоутили- затора, в среднем, в 2,7 раза и уменьшить его габариты по сравнению с гладкотрубными конструкциями. Выводы 1. Разработана методика и получены функциональные зависимости эксерго-техно- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №3 49 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ логического и тепло-эксергетического крите- риев эффективности от входных физических и теплотехнических параметров теплоносителей, а также конструктивных параметров теплооб- менной поверхности газовоздушных теплоути- лизаторов. 2. С помощью полученных зависимостей проанализировано влияние на эффективность теплоутилизатора степени загрязнения тепло- обменной поверхности и наличия в трубах внутренней кольцевой накатки. ЛИТЕРАТУРА 1. Амерханов Р.А., Долинский А.А., Драганов Б.Х. Основы эксергоэкономического метода оптимизации энергопреобразующих систем. // Промышленная теплотехника. – 2010. – Т. 32, № 1. – С. 90-101. 2. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Степа- нова А.И., Навродская Р.А., Голубинский П.К., Новаковский М.А. Эффективность систем ути- лизации теплоты отходящих газов энергетиче- ских установок различного типа // Пром. тепло- техника. – 2008. – Т. 30, № 3. – С. 68-76. 3. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Степа- нова А.И., Голубинский П.К., Навродская Р.А., Рис. 3. Зависимость эксерго-технологического критерия эффективности т exk от коэффициента турбулизации k: Reдг = 15000; s1 = 60 мм; s2 = 60 мм; d = 30 мм; ξ = 0; ψ ≈ 0,995. Новаковский М.А. Комплексный подход к оцен- ке эффективности систем утилизации теплоты отходящих газов энергетических установок // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2008. – № 5. – С. 22-28. 4. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Степа- нова А.И., Навродская Р.А., Шевчук С.И., Нова- ковский М.А. Эффективность систем утилиза- ции теплоты отходящих газов стекловаренных печей // Пром. теплотехника. – 2009. – Т. 31, № 4. – С. 78-85. 5. Исаченко В.П, Осипова В.А., Сукомел А.С. – Теплопередача. – М.: Энергоиздат. – 1981. – 413 с. 6. Тепловой расчет котельных агрегатов под редакцией Кузнецова Н.В., Нормативный метод. // – М.: Энергия, 1973. – 296 с. 7. Оребренные поверхности нагрева паро- вых котлов. – М.: – Энергоатомиздат. – 1986. – 165 с. 8. Фиалко Н.М., Навродская Р.А., Сариогло А.Г., Пресич Г.А., Слюсар М.А. Эффективные теплоутилизационные технологии для стекло- варенных печей // Пром. теплотехника. – 2010. – Т. 32, № 5. – С. 78-85. Получено 27.12.2010 г.

Эксерго-технологическая эффективность газовоздушных теплоутилизаторов энергетических установок

Репозитарії

Схожі ресурси