Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers

The article presents the results of studies of the hydrodynamics of a fluid film and a gas flow in channels with a grid surface and the processes of heat transfer during the condensation on the gravitationally falling down film of a cooling substance.A significant influence of the operation paramete...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Tuz V.E., Trokoz Ya.E., Leontev G.G., 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 condensation heat exchange contact apparatus liquid film channel with grid coating of walls.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/435
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_	1871103785007316992
author	Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Leontev G.G. Lebed N.L.
author_facet	Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Leontev G.G. Lebed N.L.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Tuz V.E.", "institution": null }, { "author": "Trokoz Ya.E.", "institution": null }, { "author": "Leontev G.G.", "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	2026-07-18T12:57:39Z
description	The article presents the results of studies of the hydrodynamics of a fluid film and a gas flow in channels with a grid surface and the processes of heat transfer during the condensation on the gravitationally falling down film of a cooling substance.A significant influence of the operation parameters of contacting media on the intensity of the running processes is established. It is shown that the calculation of the condensation process in devices of the contact type must account for a significant reduction in the heat transfer intensity due to the presence of non-condensable gases in the condensation zone. It is recommended to perform the calculation of devices by the formulas obtained in this investigation.
first_indexed	2026-03-24T02:01:46Z
format	Article
fulltext	24 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 4 (27) ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ ЕНЕРГЕТИКИ В настоящее время для утилизации теплоты фазового перехода при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания котлов, работающих на природном газе, воз� можно использование тепломассообменных аппаратов контактного типа, в которых, исходя из требований технологических процессов, реа� лизуются следующие схемы движения рабоче� го тела и теплоносителя: противоточное движение при гравитацион� ном течении плёнки жидкости; нисходящий или восходящий прямотоки, где в первом случае, плёночное течение организует� ся с помощью действия сил гравитации, а во вто� ром – в результате опрокидывания циркуляции, которое вызвано взаимодействием восходящего потока газа либо пара и плёнки жидкости; перекрёстный ток. Гидродинамика контактного конденсатора Важным условием эффективности работы аппарата контактного типа, имеющего опреде� лённую гидравлическую схему, является зна� ние особенностей взаимодействия потоков, а также диапазона изменения рабочих парамет� ров, в пределах которых реализуется устойчи� вое течение плёнки жидкости. При восходящем движении газа возможно существование нис� ходящего (под действием сил гравитации) вос� ходящего (под действием потока газа) течения плёнки и режим захлёбывания. Режим захлё� бывания наблюдается в определённом диапазо� не соотношений расходов жидкой и газовой фаз. Он сопровождается нарушением гидроди� намической устойчивости поверхности раздела фаз, интенсивным капельным уносом, исчезно� вением кольцевого режима течения с перехо� дом в барботажный, уносом жидкой фазы газо� вым потоком. Критическое значение скорости газового потока, которое соответствует началу режима захлёбывания, зависит от расхода жид� кости в плёнке (фактически от её толщины), режима течения, частоты и амплитуды волн. Также следует отметить, что имеется ограни� ченное число работ, посвящённых исследованию особенностей гидродинамики плёночного тече� ния по вертикальным поверхностям с пассивны� ми интенсификаторами. Причём, характер плё� ночного течения в этом случае будет определять� ся как режимными параметрами плёнки и газо� вого потока, так и конфигурацией интенсифика� торов. Наличие регулярной шероховатости на поверхности контакта тепломассообменного аппарата, когда высота шероховатости стенки сравнима с толщиной плёнки, приводит к допол� нительным возмущениям стекающей плёнки. Влияние шероховатости на гидродинамику стекающей плёнки, путём увеличения ампли� туды волн, приводит к уменьшению величины УДК 536.24:697.973 В.Е. ТУЗ, д0р техн. наук, Я.Е. ТРОКОЗ, Г.Г. ЛЕОНТЬЕВ, канд. техн. наук, Н.Л. ЛЕБЕДЬ, канд. техн. наук Национальный технический университет Украины “КПИ", г. Киев ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОМАЗУТНЫХ КОТЛОВ Представлены результаты экспериментального исследования в целях установления влияния наличия неконденсирующихся газов на процессы теплоотдачи при конденса" ции на гравитационно стекающей плёнке охладителя. Показано, что при использова" нии аппаратов контактного типа в качестве конденсаторов парогазовых смесей необходимо учитывать значительное снижение интенсивности теплоотдачи вслед" ствие наличия в зоне конденсации неконденсирующихся газов. К л ю ч е в ы е с л о в а: теплообмен, массообмен, конденсация, теплообменные аппараты контактного типа, плёнка жидкости, канал с сетчатым покрытием стенок. © В.Е. ТУЗ, Я.Е. ТРОКОЗ, Г.Г. ЛЕОНТЬЕВ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ, 2011 предельной скорости начала процесса захлёбы� вания при противоточном движении контакти� рующих фаз. Согласно [1] увеличение относи� тельной шероховатости /d с 0,05·10�3 м до 0,2·10�3 м при Reж = 50 приводит к уменьшению значения предельной скорости начала процесса захлёбывания w0* примерно в 2 раза. Получен� ные результаты свидетельствуют о необходи� мости тщательного выбора метода пассивной интенсификации процессов тепло� и массооб� мена в контактных аппаратах, так как, с одной стороны, искусственная шероховатость интен� сифицирует процесс тепло� и массообмена, а с другой – уменьшает рабочий диапазон, путём снижения границы начала захлёбывания. Результаты проведённых эксперименталь� ных исследований (по методике [2]) по опреде� лению нижней границы процесса захлёбыва� ния для условий работы конденсационного пакета утилизатора теплоты уходящих газов котла, зависящую от плотности орошения, гео� метрических характеристик канала, характер� ного размера сетки и физических свойств жид� кости и газа обобщаются зависимостью с погрешностью ±7%: Выделяя из всего спектра возможных режи� мов только режимы, характерные для работы контактных тепломассообменных аппаратов, а именно режимы, при которых осуществляется противоточное движение гравитационно сте� кающих плёнок и потока газа до кризисного явления, сопровождающегося срывом капель жидкости с поверхности плёнки и характеризуе� мого минимальным значением коэффициента сопротивления ξоп, можно отметить, что область устойчивого течения плёнки по стен� кам вертикального канала с сеточным покры� тием значительно расширена по сравнению с кана� лами, имеющими гладкие стенки при условии течения плёнки в пределах сеточного покрытия. Следует отметить, что с ростом характерного размера сетки (S/dпр, где S – размер ячейки сетки в свету, dпр – диаметр проволоки) в иссле� дуемом диапазоне, увеличивается область устойчивой работы контактных аппаратов. Как установлено в результате теоретическо� го анализа [3], нарушение волнового течения при достижении предельной толщины плёнки жидкости характеризуется постоянным значе� нием относительной длины волны. Критерий устойчивости волнового движе� ния может быть рассчитан с помощью соотно� шения где δл – постоянная Лапласа, δ0 – толщина пленки жидкости. Гидродинамическому кризису, связанному с достижением предельной толщины плёнки жидкости, ограниченному началом каплеуноса и характеризуемого минимальным коэффициен� том сопротивления ξоп, соответствует выра� жение (2). Неизвестный коэффициент в этом уравнении определяется на основании экспе� риментальных данных по исследованию гидро� динамики двухфазных кольцевых потоков в каналах с гладкими стенками [3] из (2): Учитывая экспериментальные данные по исследованию гидродинамики плёнки жидко� сти на вертикальной поверхности с сеточным покрытием при определении коэффициента γ, согласно (3), необходимо вместо δо для области течения использовать где δз – толщина сеточной структуры на стенке канала. При этом полученный результат хорошо согласуется с кривой γ = 3,6 при Y = (δ0/dпр) < < 0,0016 [3]. Таким образом, аналитическое решение задачи по определению границ кризисных явлений, полученное в работе [3], с учетом результатов экспериментального исследования гидродинамики двухфазного потока в каналах с сеточным покрытием, при соответствующих граничных условиях, позволяет определять верхний диапазон нагрузок до начала захлёбы� вания по жидкой и газовой фазам контактных тепломассообменных аппаратов. Влияние неконденсирующихся газов на теплообмен при контактной конденсации в вертикальном канале При эксплуатации парового котла, работаю� l 25ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 4 (27) Підвищення ефективності промислових газомазутних котлів −= ⋅ ⋅0,14 0,5 wK 2,094 Fr Bo . (1) π⋅ = ⎡ ⎤⎛ ⎞δ⎢ ⎥⋅ γ ⋅ + ⋅⎜ ⎟δ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ 0,5 w 0,52 2 0 л Во К , 986 0,962 Во (2) ( )π ⋅ − ⋅ ⋅ γ = ⎛ ⎞δ⋅ ⋅⎜ ⎟δ⎝ ⎠ 0,52 2 o л Bo 0,962 Bo K . 31,4 К (3) δ = δ − δ′ o 3 , (4) щего на природном газе, в теплоутилизацион� ный теплообменный аппарат поступает смесь продуктов сгорания топлива и пара, который конденсируется на пленке охлаждающей воды, стекающей по поверхности каналов насадки. Таким образом, процесс конденсации осложнен наличием неконденсирующихся газов, кото� рые, несомненно, должны оказывать влияние на интенсивность теплоотдачи. Как уже было отмечено выше, в литературе практически отсутствуют сведения о законо� мерностях теплоотдачи при контактной кон� денсации парогазовых смесей на поверхностях с сеточным покрытием стенок каналов. Поэто� му в настоящей работе представлены результа� ты исследования в целях установления влия� ния наличия неконденсирующихся газов на процессы теплоотдачи при конденсации на гра� витационно стекающей пленке охладителя. Опыты проводились на системе: паровоз� душная смесь–вода, канал с сетчатым покры� тием стен. Количество воздуха в паровоздуш� ной смеси, определяемое соотношением пар� циальных давлений воздуха и паровоздушной смеси εг = Рв/Р, изменялось в диапазоне εг= = 0,1...0,8. Значения чисел Рейнольдса по жид� кости изменялось в пределах Rеж = 100...300, скорость паровоздушной смеси w = 5 м/с. В результате проведенных исследований установлено существенное влияние наличия в зоне конденсации неконденсирующихся газов на интенсивность протекающих процессов. Опытные данные представлены на рис. 1 и 2 в виде зависимостей отношения средних коэф� фициентов теплоотдачи при конденсации паровоздушной смеси αсм к средним коэффи� циентам теплоотдачи при конденсации чистого пара α от изменяемых параметров (количест� ва воздуха в паровоздушной смеси εг и плот� ности орошения, т.е. числа Rеж). В предельном случае εг = 0, т.е. при конденсации чистого пара, αсм/α = 1. Так, на рис. 1 представлены зависимости αсм/α от числа Rеж при разных значениях εг. Анализ представленных данных показывает значительное снижение αсм/α при возраста� нии εг от 0,1 до 0,8 независимо от числа Rеж. Влияние последнего на αсм/α столь незначи� тельно, что им можно пренебрегать. Однако, вероятно, при дальнейшем увеличении Rеж (или определяющей этот комплекс плотности орошения) эта картина может изменяться в сторону уменьшения αсм. Более наглядно влияние содержания возду� ха в конденсирующейся смеси можно опреде� лить по рис. 2, где представлены данные по изменению αсм/α* при возрастании количест� ва неконденсирующихся газов εг при значе� нии числа Rеж= 100. В связи с установленной ранее пренебрежимо малой зависимостью αсм/α от Rеж, характер изменения нанесен� ной на рис. 2 функции справедлив и для других значений Rеж. Согласно рис. 2 можно сделать вывод не только о качественном, но и количественном влиянии наличия неконденсирующихся газов в парогазовой смеси. Увеличение εг с 0,1 до 0,8 уменьшает интенсивность теплоотдачи при конденсации чистого пара до 40 раз. Следовательно, при использовании аппара� тов контактного типа в качестве конденсаторов парогазовых смесей необходимо учитывать 26 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 4 (27) В.О. ТУЗ, Я.Є. ТРОКОЗ, Г.Г. ЛЕОНТЬЄВ, Н.Л. ЛЕБЕДЬ Рис. 1. Изменение относительной теплоотдачи в зависимости от плотности орошения: 1 – содержание воздуха в паровоздушной смеси εг= 0,1; 2 – εг = 0,2; 3 – εг = 0,4; 4 – εг = 0,8 Рис. 2. Изменение относительной теплоотдачи в зависимости от содержания неконденсирующихся газов при Rеж = 100 значительное снижение интенсивности тепло� отдачи вследствие наличия в зоне конденсации неконденсирующихся газов. При этом расчет аппарата можно проводить по полученным в данной работе зависимостям для чистого пара с учетом уменьшения α*см в зависимости от количества неконденсирующихся газов εг. ВЫВОДЫ При использовании контактных конденса� торов с сетчатым покрытием стен каналов в теплоутилизирующих контурах энергетичес� ких агрегатов следует учитывать следующее: шероховатая структура поверхности кон� денсационного канала оказывает существенное влияние на режим течения пленки охладителя, способствуя более ранней ее турбулизации; для создания условий интенсификации теплоотдачи при конденсации пара на сетчатой поверхности работу аппарата необходимо про� водить при плотностях орошения, соответ� ствующих Rеж>300 (верхнее ограничение по плотности орошения должно устанавливаться из условия недопущения затопления каналов насадки жидкостью); интенсивность теплоотдачи при конденса� ции в аппарате с сетчатой насадкой значитель� но снижается при наличии в зоне конденсации неконденсирующегося газа. 1. Холпанов Л.П., Шкадов В.Я. Гидродинами� ка и тепломассообмен с поверхностью разде� ла. – М.: Наука, 1990. – 271 с. 2. Туз В.О., Білодід В.Д., Лебедь Н.Л. Динамі� ка взаємодії плівки рідини та газового потоку у вертикальних каналах тепломасообмінного обладнання ГТУ компресорних станцій // Проблеми загальної енергетики. – 2009. – № 19. – С. 46–49. 3. Безродный М.К., Пиоро И.Л., Костюк Т.О. Процессы переноса в двухфазных термосифон� ных системах. – К.: Факт, 2003. – 480 с. Надійшла до редколегії: 14.06.2011 27ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2011, вип. 4 (27) Підвищення ефективності промислових газомазутних котлів
id	systemreorg-article-435
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:13:43Z
publishDate	2011
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/f6/23fb418409cdd30e6416cab4c32d1ef6.pdf
spelling	systemreorg-article-4352026-07-18T12:57:39Z Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers Підвищення ефективності промислових газомазутних котлів Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Leontev G.G. Lebed N.L. heat transfer, mass transfer, condensation, heat exchange contact apparatus, liquid film, channel with grid coating of walls. теплообмін, масообмін, конденсація, теплообмінні апарати контактного типу, плівка рідини, канал з сітчастим покриттям стінок. The article presents the results of studies of the hydrodynamics of a fluid film and a gas flow in channels with a grid surface and the processes of heat transfer during the condensation on the gravitationally falling down film of a cooling substance.A significant influence of the operation parameters of contacting media on the intensity of the running processes is established. It is shown that the calculation of the condensation process in devices of the contact type must account for a significant reduction in the heat transfer intensity due to the presence of non-condensable gases in the condensation zone. It is recommended to perform the calculation of devices by the formulas obtained in this investigation. У теплоутилізаційний теплообмінний апарат парового котла, що працює на природному газі, надходить суміш продуктів згоряння палива і пари. Конденсацію водяних парів запропоновано здійснювати на плівці охолоджуючої води в окремій частині апарата. Важливою умовою ефективності роботи контактного апарата є врахування особливостей взаємодії потоків і діапазонів зміни робочих параметрів. Область стійкої течії плівки по стінках вертикального каналу з сітковим покриттям значно ширша порівняно з каналами, що мають гладкі стінки за умови течії плівки в межах сітчастого покриття.У літературі практично відсутні відомості про закономірності тепловіддачі при контактній конденсації парогазових сумішей на поверхнях з сітчастим покриттям стінок каналів. Авторами представлено результати дослідження гідродинаміки плівки рідини і потоку газу в каналах з сітчастим покриттям і процесів тепловіддачі при конденсації на плівці охолоджувача, що стікає гравітаційно.Встановлено суттєвий вплив режимних параметрів контактуючих середовищ на інтенсивність процесів. Показано, що при розрахунку процесу конденсації в апаратах контактного типу необхідно враховувати значне зниження інтенсивності тепловіддачі внаслідок наявності в зоні конденсації газів, які не конденсуються. Розрахунок апарата рекомендується виконувати за отриманими авторами залежностями. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2011-11-09 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/435 System Research in Energy; No. 4 (27) (2011): The Problems of General Energy; 24-27 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (27) (2011): Проблеми загальної енергетики; 24-27 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/435/373 Copyright (c) 2011 Tuz V.E., Trokoz Ya.E., Leontev G.G., Lebed N.L. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	heat transfer mass transfer condensation heat exchange contact apparatus liquid film channel with grid coating of walls. Tuz V.E. Trokoz Ya.E. Leontev G.G. Lebed N.L. Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title	Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title_alt	Підвищення ефективності промислових газомазутних котлів
title_full	Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title_fullStr	Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title_full_unstemmed	Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title_short	Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
title_sort	increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers
topic	heat transfer mass transfer condensation heat exchange contact apparatus liquid film channel with grid coating of walls.
topic_facet	heat transfer mass transfer condensation heat exchange contact apparatus liquid film channel with grid coating of walls. теплообмін масообмін конденсація теплообмінні апарати контактного типу плівка рідини канал з сітчастим покриттям стінок.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/435
work_keys_str_mv	AT tuzve increasingtheefficiencyofindustrialmazutgasboilers AT trokozyae increasingtheefficiencyofindustrialmazutgasboilers AT leontevgg increasingtheefficiencyofindustrialmazutgasboilers AT lebednl increasingtheefficiencyofindustrialmazutgasboilers AT tuzve pídviŝennâefektivnostípromislovihgazomazutnihkotlív AT trokozyae pídviŝennâefektivnostípromislovihgazomazutnihkotlív AT leontevgg pídviŝennâefektivnostípromislovihgazomazutnihkotlív AT lebednl pídviŝennâefektivnostípromislovihgazomazutnihkotlív

Increasing the efficiency of industrial mazut-gas boilers

Репозитарії

Схожі ресурси