Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus

Promising direction in energy saving is to increase the efficiency of usage of hydrocarbon fuel in the boilers at the expense of deep heat utilization, ie, using the heat of condensation of water vapor. The most optimal disposal system is a system that combines heat exchangers of two types: surface...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Tuz V.E., Trokoz Ya.E., Lebed N.L.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2011
Теми:	heat transfer mass transfer heat exchangers liquid film channel with mesh covering the walls.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/410
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System Research in Energy
Завантажити файл:

Репозитарії

System Research in Energy

_version_	1871103739300937728
author	Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Lebed N.L.
author_facet	Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Lebed N.L.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Tuz V.E.", "institution": null }, { "author": "Trokoz Ya.E.", "institution": null }, { "author": "Lebed N.L.", "institution": null } ]
author_sort	Tuz V.E.
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:38Z
description	Promising direction in energy saving is to increase the efficiency of usage of hydrocarbon fuel in the boilers at the expense of deep heat utilization, ie, using the heat of condensation of water vapor. The most optimal disposal system is a system that combines heat exchangers of two types: surface and contact. The possibility of such combinations is determined by analysis of heating scheme in each case.Cooling of exhaust gases to a temperature which should be more than dew point temperature, it is advisable to conduct in regenerative heat exchangers type. Further utilization of heat – in the contact devices in which the first is the process of convective heat-mass exchange (cooling gases to a temperature of fluid), and continuing contact this process is complicated by water condensation.A system of deep heat of exhaust gas is considered, which combines surface and contact heat exchangers.Introduced the results of experimental study of the basic parameters of heat carriers on cooling process gas flow by isothermal liquid film in a regular nozzle (channel with mesh surface) of contact devices. Empirical dependencies, obtained from experimental studies used in the calculation of contact type devices.
first_indexed	2026-03-24T02:01:42Z
format	Article
fulltext	46 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 1 (24) Вирішення проблем модернізації теплових енергоустановок і створення перспективних технологій перетворення хімічної енергії при� родного, енерготехнологічних газів або рідкого палива на інші види енергії (теплову, механічну і електричну) значно ускладнюється відсутні� стю комплексного підходу щодо вибору методу утилізації теплоти відпрацьованих газів. Це перш за все стосується проблем розвитку вели� кої та малої енергетики у напрямках розробки систем когенерації енергії на базі парових і водогрійних котлів. Найбільш перспективним з напрямків енер� гозбереження в енергетиці (особливо це сто� сується енергогосподарств промислових під� приємств і систем децентралізованного тепло� постачання), є підвищення ефективності вико� ристання вуглеводневого палива у котельних агрегатах за рахунок утилізації теплоти відхід� них газів. Втрати теплоти q2 у сучасних котлах у номінальному режимі складають 16 ... 18 % при розрахунках за вищою теплотою згорання палива QP B і є основною частиною втрат тепло� ти, що відповідає температурі відхідних газів 140 … 110 °С. Такий діапазон температур обумо� влений відсутністю або низькою інтенсивністю корозії обшивки газоходів. Зменшення втрат теплоти q2 шляхом зниження температури від� хідних газів нижче точки роси дозволить про� вести глибоку утилізацію теплоти, використо� вуючи теплоту конденсації водяної пари. Глибока утилізація теплоти може здійсню� ватись з застосуванням конденсаційних тепло� обмінних апаратів двох типів: поверхневих і контактних. Використання таких апаратів має свої переваги і недоліки. Якщо вирішальним є питання якості робочого тіла, то у цьому випад� ку доцільним є застосування теплообмінних апаратів рекуперативного типу, але завдяки низькому температурному напору, невеликій питомій площі в одиниці об’єму і невисокій інтенсивності теплообміну з боку відпрацьова� них газів, значно зростають їх масогабаритні характеристики. У іншому випадку, коли агре� сивність робочого тіла, яка значно зростає при безпосередньому контакті циклової води з від� працьованими газами, не є вирішальною, тоді доцільним варіантом може бути використання контактних апаратів. Але найбільш гнучкою може виявитись ути� лізаційна система, яка поєднує в собі переваги застосування обох типів апаратів. Можливість такої комбінації визначається шляхом аналізу схем теплопостачання у кожному конкретному випадку. Комбіновані конденсаційні утилізаційні системи котлів Таким чином, система глибокої утилізації теплоти відхідних газів котлів передбачає наяв� ність двох контурів, які можуть працювати як спільно, так і автономно. Охолодження відхідних газів до температу� ри ϑвідх, яка має бути на 10 … 15 °С більше тем� ператури точки роси, доцільно проводити у теплообмінному апараті рекуперативного типу, який може входити до складу елементів паро� водяного тракту котла або використовуватись як економайзер низького тиску зі своїм окре� мим контуром циркуляції. Враховуючи низьку інтенсивність теплообміну з боку відхідних газів, в рекуперативному апараті утилізаційної системи доцільним є використання оребрених поверхонь круглого перетину. У випадку коли виникає обмеження по аеродинамічному опору УДК 536.24:697.973 В.О. ТУЗ, д�р техн. наук, Я.Є. ТРОКОЗ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ, канд. техн. наук Національний технічний університет України “КПІ”, м. Київ УТИЛІЗАЦІЯ ТЕПЛОТИ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ КОТЛІВ У КОМБІНОВАНИХ ТЕПЛО� І МАСООБМІННИХ АПАРАТАХ Наведено результати експериментального дослідження процесу охолодження газово� го потоку ізотермічною плівкою рідини в регулярній насадці (канал з сітчастим покрит� тям) контактного апарата, що використовуються при розрахунку конструкцій апаратів контактного типу в системі утилізації теплоти відпрацьованих газів котлів. К л ю ч о в і с л о в а: теплообмін, масообмін, теплообмінні апарати, пасивні інтенсифі0 катори, плівка рідини, канал з сітчастим покриттям стінок © В.О. ТУЗ, Я.Є. ТРОКОЗ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ, 2011 апарата, тоді раціональним є використання поверхонь нагріву, виконаних з плоскооваль� них труб з частковим оребренням. Методику розрахунку складу продуктів згорання залежно від палива і визначення необхідної площі теплообміну наведено в [1, 2]. Подальшу утилізацію теплоти, враховуючи високу інтенсивність процесів тепло� і масооб� міну при безпосередньому контакті рідини і відхідних газів, доцільно проводити в контакт� ному апараті утилізаційної системи. У темпера� турному діапазоні від ϑдх до tр відбувається спочатку процес конвективного тепломасооб� міну, який супроводжується охолодженням газів до tр, а при подальшому контакті цей про� цес ускладнюється конденсацією водяної пари. Враховуючи цю обставину, при проектуванні контактного апарата необхідно його секціюван� ня і проведення розрахунку кожної ділянки окремо з урахуванням фізичних особливостей процесів і умов експлуатації основного облад� нання. У даній роботі розглядається перша частина процесу: охолодження відхідних газів при безпосередньому контакті з рідиною. Для зменьшення масогабаритних характери� стик обладнання доцільно використовувати методи пасивної інтенсифікації процесів, одним з найбільш ефективних є застосування для кон� такту газу і плівки рідини при їх протитечійно� му русі поверхонь з сітчастим покриттям. Інтенсивність тепломасопереносу між газо� вим потоком і рідиною є найважливішою ха� рактеристикою процесу, знання якої необхідне при розрахунку конструкцій апаратів. Дослі� дженню цього питання в даний час присвячена значна кількість робіт, аналіз яких показує, що далеко не повною мірою вирішена проблема максимальної інтенсифікації тепломасообміну в промислових апаратах, а по ряду питань інформація неповна або взагалі відсутня. У практиці дослідження процесів тепло� і масообміну двофазних середовищ при вимуше� ній конвекції виявили [3], що навіть при порів� няно невеликих поперечних потоках маси від� бувається перерозподіл температури і швидко� сті в пограничному шарі у порівнянні з випад� ком, не ускладненим масообміном. При контак� ті гравітаційної плівки з рухомою парогазовою сумішшю, крім гідродинамічного і теплового пограничних шарів, утворюється і дифузійний пограничний шар. У межах дифузійного погра� ничного шару парціальний тиск пари зміню� ється від Рп.хδ на поверхні плівки до Рп.0 на зов� нішній межі пограничного шару. У середині пограничного шару справедлива умова а поза пограничним шаром і на його зовнішній границі виконуються умови і Рп = Рп.0. Таким чином, зміна парціального тиску пари зосереджена в дифузійному пограничному шарі. При цьому коефіцієнти тепловіддачі і масовіддачі залежать від напряму і величи� ни поперечного потоку маси. На підставі цього не зовсім обґрунтованою є пропозиція вико� ристання залежностей для розрахунку спіль� но процесів тепло� і масообміну, що проті� кають разом при випаровуванні рідини або конденсації пари з парогазової суміші, наведе� них в [4]. Тому запропонована методика розрахунку утилізаційної системи, яка побудована на принципах розділення процесів тепломасооб� міну між відхідними газами і робочим тілом, є актуальною. Вивчення процесів тепло� і масообміну при охолодженні газу гравітаційною плівкою про� водилось в каналах з сітчастим покриттям (розмір вічка S = 0,5·10–3 м), виготовленим із сталі Х18Н10Т, з діаметром каналів dе = = 0,0125 ... 0,022 м, довжиною L = 1 м, у широ� кому діапазоні зміни режимних параметрів. На рис. 1, 2 представлено зміну температури повітря залежно від швидкості газу і його вхід� ної температури. При цьому на рис. 1 темпера� тура газу на вході в канал 150 °С, густина зро� шення 0,0746 кг/(м·с) і на рис. 2 швидкість газу 8,94 м/с, густина зрошення 0,0746 кг/(м·с). Результати досліджень показують, що зміна температури газового потоку носить неліній� ний характер, внаслідок чого спостерігається нерівномірність інтенсивності тепло� і масовід� дачі, що підтверджується аналізом експеримен� тальних даних у вигляді залежностей α = = f(w, tг′ ) і βр = f(w, tг′ ). Слід зазначити, що при охолодженні газу ізотермічною плівкою спо� стерігається різна інтенсивність тепло� і масо� обміну по довжині каналу. Ця особливість про� цесу дозволяє умовно розділити довжину кана� лу за ступенем інтенсивності процесів на початкову теплову ділянку і ділянку відносно стабілізованого теплообміну. 47ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 1 (24) Утилізація теплоти відпрацьованих газів котлів у комбінованих тепло� і масообмінних апаратах ∂ = ∂ 0пP у ∂ ≠ ∂ 0,пP у 48 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 1 (24) В.О. ТУЗ, Я.Є. ТРОКОЗ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ Рис. 1. Температура газу по довжині каналу при його охолодженні в залежності від швидкості газу при постійних температурі газу на вході та густині зрошення, де w: 1 – 1,29 м/с; 2 – 1,72 м/с; 3 – 2,15 м/с; 4 – 2,64 м/с; 5 – 5,33 м/с; 6 – 6,11 м/с; 7 – 8,0 м/с; 8 – 8,94 м/с Рис. 2. Температура газу по довжині каналу при його охолодженні в залежності від температури газу на вході при постійних швидкості газу та густині зрошення, де tp′ : 1 – 50 °С ; 2 – 80 °С; 3 – 100 °С; 4 – 130 °С; 5 – 150 °С Баланс теплоти у кожному перетині каналу при визначенні локальних значень αх, вра� хувавши, що кількість теплоти, яка виділилася при охолодженні парогазового потоку, витрача� лась на випаровування рідини з поверхні плів� ки, виглядає як qг + qпг = qδ. (1) Досліджуваний діапазон швидкостей газо� вого потоку включав ламінарний режим при Re < 2230 і перехідну область 2230 < Re < 104. Для кожного з цих режимів довжина початкової теплової ділянки визначається за залежністю: для ламінарного режиму (2) для перехідної області (3) Максимальна інтенсивність процесів реалі� зується на початковій тепловій ділянці, тому узагальнення експериментальних даних прово� дилось з урахуванням цього чинника. У резуль� таті узагальнення експериментальних даних дослідження процесів тепло� і масообміну при охолодженні повітря гравітаційною ізотерміч� ною плівкою при протитечійному русі були отримані наступні залежності. Для початкової теплової ділянки: локальна тепловіддача при ламінарному режимі руху газу (4) локальна тепловіддача при перехідному режимі руху газу (5) Для ділянки стабілізованого теплообміну: середня тепловіддача при ламінарному режимі руху газу (6) середня тепловіддача при перехідному режимі руху газу (7) У областях щільності зрошування, при яких товщина плівки рідини більше товщини пори� стого або сітчастого покриття, тобто воно зна� ходиться в затопленому стані, інтенсивність тепло� і масообміну при ламінарно�хвильовому або турбулентному режимах течії приблизно така ж, як і на гладких поверхнях і визначаєть� ся в основному характером хвильової структу� ри плівки – дво� і тривимірними хвилями, їх частотою і амплітудою. Ефективно починає проявляти свої власти� вості сітчасте покриття як один з методів пасивної інтенсифікації процесів тоді, коли товщина плівки не перевищує товщини покриття. При цьому інтенсивність тепловідда� чі зростає на 35 ... 45 % у порівнянні з гладкими поверхнями регулярних насадок [5, 6] за раху� нок випаровування з менісків сітчастої струк� тури і інтенсивного перемішування рідини по перетину плівки, що підтверджується експери� ментальними даними [7]. З іншого боку, робочі швидкості газу для контактних апаратів при протитечійному русі гравітаційної плівки і висхідного потоку знахо� дяться у діапазоні 0,8 ... 1,5 м/с для насадок з кілець різного типу і до 3 ... 3,5 м/с для регуляр� них насадок. Таким чином, швидкість газу до моменту порушення гідродинаміки плівки в каналах з сітчастим покриттям перевищує вказаний діапазон у 2,5 … 3 рази, що дозволяє збільшити діапазон робочих швидкостей і тим самим значно зменшити масогабаритні характеристи� ки контактних апаратів. ВИСНОВКИ 1. Основними параметрами, що впливають на інтенсивність тепловіддачі та масовіддачі при охолодженні повітря ізотермічною плів� кою є швидкість повітря і його вхідна темпера� тура. Зміна швидкості повітря в діапазоні w = 1,29 … 8,94 м/с призводила до збільшення коефіцієнтів тепловіддачі і масовіддачі βр при� близно у 2,4 разу, причому в перехідній області темп зростання коефіцієнтів тепловіддачі і масовіддачі βр дещо вищий, ніж при ламінарно� му режимі руху газу. Початкова температура газу також чинить істотний вплив на інтенсив� ність процесу. Збільшення вхідної температури tг′ від 50 до 150 °С призводить до збільшення коефіцієнтів тепловіддачі α і масовіддачі βр 49ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 1 (24) Утилізація теплоти відпрацьованих газів котлів у комбінованих тепло� і масообмінних апаратах −= ⋅ ⋅ ⋅l 0,12 0,55 . . 55,89 P ;п т e x xd е K −= ⋅ ⋅ ⋅l 0,2 0,55 . . 26,45 P .п т e x xd е K ⎛ ⎞ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠ 0,5 0,33 0,25Nu 0,59 Re Pr ;x x x x e x K d ⎛ ⎞ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠ 0,62 0,33 0,25Nu 0,27 Re Pr .x x x x e x K d = ⋅ ⋅ ⋅0,5 0,33 0,25Nu 0,39 Re Pr ;K = ⋅ ⋅ ⋅0,62 0,33 0,25Nu 0,24 Re Pr .K приблизно у 1,5 рази. Щільність зрошування у досліджуваному діапазоні при постійній темпе� ратурі плівки в каналі не впливає на процеси тепло� і масообміну. 2. У результаті узагальнення експеримен� тальних даних з дослідження процесу охоло� дження газового потоку ізотермічною плівкою рідини були отримані емпіричні залежності для початкової теплової ділянки при ламінар� ному режимі течії і в перехідній області локаль� ної та середньої тепловіддачі (4), (5) і на ділян� ці стабілізованого теплообміну (6), (7). 1. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. С�Пб., 1998. 258 с. 2. Письменный Е.Н., Терех А.М., Баранюк А.В. Теплообмен и аэродинамическое сопротивление малорядных пучков плоско�овальных труб с неполным оребрением // Пром. теплотехника. – 2010. – Т. 32. – № 5. – С. 34–41. 3. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. ІІ. – М.: Наука, 1987. – 360 с. 4. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение. – М.–Л.: Госэнергоиздат, 1957. – 320 с. 5. Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. – М.: Машиностроение, 1970. – 343 с. 6. Горин А.Н., Дорошенко А.В. Альтернативные холодильные системы и системы кондициониро� вания воздуха. – Донецк: Наук. думка, 2001. – 348 с. 7. Туз В.Е. Контактный тепломассообменный аппа� рат с пористой насадкой для топливной системы промышленной ГТУ: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – К., 1990. – 16 с. Надійшла до редколегії: 11.02.2011 50 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 1 (24) В.О. ТУЗ, Я.Є. ТРОКОЗ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ
id	systemreorg-article-410
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:12:59Z
publishDate	2011
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/9c/914f40b0c9838dc39e5cbead49ad819c.pdf
spelling	systemreorg-article-4102026-07-18T12:57:38Z Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus Утилізація теплоти відпрацьованих газів котлів у комбінованих тепло- і масообмінних апаратах Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Lebed N.L. heat transfer, mass transfer, heat exchangers, liquid film channel with mesh covering the walls. теплообмін, масообмін, теплообмінні апарати, плівка рідини, канал з сітчастим покриттям стінок. Promising direction in energy saving is to increase the efficiency of usage of hydrocarbon fuel in the boilers at the expense of deep heat utilization, ie, using the heat of condensation of water vapor. The most optimal disposal system is a system that combines heat exchangers of two types: surface and contact. The possibility of such combinations is determined by analysis of heating scheme in each case.Cooling of exhaust gases to a temperature which should be more than dew point temperature, it is advisable to conduct in regenerative heat exchangers type. Further utilization of heat – in the contact devices in which the first is the process of convective heat-mass exchange (cooling gases to a temperature of fluid), and continuing contact this process is complicated by water condensation.A system of deep heat of exhaust gas is considered, which combines surface and contact heat exchangers.Introduced the results of experimental study of the basic parameters of heat carriers on cooling process gas flow by isothermal liquid film in a regular nozzle (channel with mesh surface) of contact devices. Empirical dependencies, obtained from experimental studies used in the calculation of contact type devices. Перспективним напрямком енергозбереження в енергетиці є підвищення ефективності використання вуглеводневого палива в котельних агрегатах за рахунок глибокої утилізації теплоти, тобто за допомогою теплоти конденсації водяної пари. Найбільш оптимальною утилізаційною системою є система, яка поєднує в собі теплообмінні апарати двох типів: поверхневі й контактні. Можливість такої комбінації визначається шляхом аналізу схем теплопостачання у кожному конкретному випадку.Охолодження відхідних газів до температури, яка має бути більше температури точки роси, доцільно проводити у теплообмінному апараті рекуперативного типу. Подальшу утилізацію теплоти – у контактному апараті, в якому спочатку відбувається процес конвективного тепломасообміну (охолодження газів до температури рідини), а при продовженні контакту цей процес ускладнюється конденсацією водяної пари.Розглянуто систему глибокої утилізації теплоти відпрацьованих газів, яка поєднує у собі поверхневі й контактні теплообмінні апарати.Представлено результати експериментальних досліджень впливу основних параметрів теплоносіїв на процес охолодження газового потоку ізотермічною плівкою рідини в регулярній насадці (канал з сітчастим покриттям) контактного апарату. Емпіричні залежності, які отримані на основі експериментальних досліджень, використовуються при розрахунку апаратів контактного типу. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2011-03-17 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/410 System Research in Energy; No. 1 (24) (2011): The Problems of General Energy; 46-50 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (24) (2011): Проблеми загальної енергетики; 46-50 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/410/351 Copyright (c) 2011 Tuz V.E., Trokoz Ya.E., Lebed N.L. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	heat transfer mass transfer heat exchangers liquid film channel with mesh covering the walls. Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Lebed N.L. Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title	Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title_alt	Утилізація теплоти відпрацьованих газів котлів у комбінованих тепло- і масообмінних апаратах
title_full	Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title_fullStr	Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title_full_unstemmed	Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title_short	Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
title_sort	heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus
topic	heat transfer mass transfer heat exchangers liquid film channel with mesh covering the walls.
topic_facet	heat transfer mass transfer heat exchangers liquid film channel with mesh covering the walls. теплообмін масообмін теплообмінні апарати плівка рідини канал з сітчастим покриттям стінок.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/410
work_keys_str_mv	AT tuzve heatrecoveryofthewastegasboilersincombinedheatandmasstransferapparatus AT trokozyae heatrecoveryofthewastegasboilersincombinedheatandmasstransferapparatus AT lebednl heatrecoveryofthewastegasboilersincombinedheatandmasstransferapparatus AT tuzve utilízacíâteplotivídpracʹovanihgazívkotlívukombínovanihteploímasoobmínnihaparatah AT trokozyae utilízacíâteplotivídpracʹovanihgazívkotlívukombínovanihteploímasoobmínnihaparatah AT lebednl utilízacíâteplotivídpracʹovanihgazívkotlívukombínovanihteploímasoobmínnihaparatah

Heat recovery of the waste gas boilers, in combined heat and mass transfer apparatus

Репозитарії

Схожі ресурси