Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump
The article deals with estimation of advisable parameters of exhaust gas heat extraction from boilers to be used by a heat pump. The existing works on the issue were analyzed to find out the secure supply of maximum exergy of extracted heat to be important.The main aim of the research is to determin...
Saved in:
| Date: | 2013 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/482 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System Research in Energy |
| Download file: |  |
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871103884697534464 |
|---|---|
| author | Dubovskoy S.V. Babin Kobernik V.S. Kadenskiy N.Y. |
| author_facet | Dubovskoy S.V. Babin Kobernik V.S. Kadenskiy N.Y. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Dubovskoy S.V.",
"institution": null
},
{
"author": "Babin ",
"institution": null
},
{
"author": "Kobernik V.S.",
"institution": null
},
{
"author": "Kadenskiy N.Y.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Dubovskoy S.V. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:40Z |
| description | The article deals with estimation of advisable parameters of exhaust gas heat extraction from boilers to be used by a heat pump. The existing works on the issue were analyzed to find out the secure supply of maximum exergy of extracted heat to be important.The main aim of the research is to determine the condition of maximum exergy of the heat, received by a heat exchanger-condenser at isobaric gas-steam mixture cooling at a given value of dew point deficit of cooled gases. By the example of a PTVM 100 boiler the simulation and optimization modeling of flue gases cooling process in recovery heat exchangers was carried out using the principle of heat and mass exchange similarity.The heat exchanger-condenser optimum temperature values were determined to be obviously maintained within 36°C - 41°C range, depending on the boiler load, while the temperature of cooling gases must be held within 52°C - 66°C range, in compliance with increasing dew point restrictions within 10°C - 20°C range, depending on thermal and technical features of flue pipes and stacks.The recovery coefficient of exhaust gases heat increases at the indicated cooling mode and decreases with growing flue gases dew-point deficit restrictions.The presented data allow selecting the required heat pump parameters and evaluating the effectiveness of measures aimed at heat insulation of boiler’s flue gas pipes and stacks based on their actual thermal performance. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 662.613 /536.7 /621.577 С.В. ДУБОВСКОЙ д-р техн. наук, М.Е. БАБИН, В.С. КОБЕРНИК, Н.Я. КАДЕНСКИЙ
Институт общей энергетики НАН Украины, г. Киев
ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОТБОРА ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ДЛЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ
В статье рассмотрен вопрос рационального выбора параметров отбора теплоты
уходящих газов котельных установок для дальнейшего использования в тепловых
насосах. Проведено имитационное и оптимизационное моделирование процессов
охлаждения уходящих газов, установлены оптимальные значения температур теп-
лообменника-утилизатора и охлажденных газов, а также коэффициент утилизации
располагаемой теплоты.
К л ю ч е в ы е с л о в а: уходящие газы, котельные установки, тепловой насос, низ-
копотенциальная теплота, теплообменник-утилизатор, утилизация.
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ
ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ ЕНЕРГЕТИКИ
32 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
В связи с подорожанием всех видов органиче-
ского топлива и обострением экологических
проблем в последние годы повысился интерес
к утилизации тепловых потерь котельных уста-
новок с применением технологий глубокого
охлаждения уходящих газов, позволяющих
извлечь как явную теплоту охлаждения, так и
скрытую теплоту конденсации содержащихся в
них паров воды.
Технологии и аппараты (теплообменники-
конденсаторы (ТК)) глубокого охлаждения
уходящих газов котлов ТЭЦ и котельных
известны уже давно, однако заметного приме-
нения в странах СНГ они не нашли [1, 2].
Основным препятствием для широкого
использования ТК на котлах систем СЦТ слу-
жит, как известно, низкая температура извлече-
ния теплоты, не превышающая значений точки
росы уходящих газов. Не менее важным пред-
ставляется также высокая влажность охлажден-
ных газов, создающая опасность коррозии
газоотводных каналов и стволов котельной
установки.
Возможность устранить указанные трудно-
сти позволяет применение теплового насоса,
способного повысить температурный потенци-
ал извлекаемой теплоты до приемлемого уров-
ня.
В мировой практике известны примеры
успешного использования ТК с тепловыми
насосами на ТЭЦ и котельных СЦТ. Одним из
них служит ТЭЦ Dava, расположенная вблизи
города Мальме, Швеция, где теплонасосная
установка мощностью 14 МВт используется для
извлечения теплоты глубокого охлаждения
уходящих газов мусоросжигающих энергетиче-
ских котлов с ее передачей воде тепловой сети
[2]. Описание данной установки представлено
также в работе [3].
Возможности использования ТК с тепловым
насосом в энергетике стран СНГ изучались в
последние годы в ряде работ, содержащих раз-
личные подходы к решению данной задачи. В
некоторых работах, в частности [4], представ-
ляется важным максимальное извлечение теп-
лоты охлаждения уходящих газов, что осуще-
ствимо при низкой температуре охлаждения
(до 5°С). Однако это обстоятельство, как отме-
© С.В. ДУБОВСКОЙ, М.Е. БАБИН, В.С. КОБЕРНИК,
Н.Я. КАДЕНСКИЙ, 2013
чают авторы, не позволяет в достаточной сте-
пени повысить ее температурный потенциал в
тепловом насосе до уровня стандартных графи-
ков работы тепловых сетей, что вызывает
необходимость понижения уровней темпера-
турных графиков теплоснабжения.
В работе [5] более важным представляется
обеспечение максимальной эксергии отобран-
ной теплоты. Это позволяет уменьшить затра-
ты на повышение температурного уровня
извлеченной теплоты до экономически и тех-
нически доступных значений, но с некоторой
потерей производительности системы утилиза-
ции.
Таким образом, в литературе отсутствует
единый подход к выбору критерия оптималь-
ности извлечения теплоты глубокого охлажде-
ния уходящих газов с дальнейшим повыше-
нием ее температурного потенциала тепловым
насосом.
Обоснование выбора критерия оптимально-
сти процесса отбора теплоты в испаритель теп-
лового насоса
Теплота, отбираемая в ТК, используется, в
конечном итоге, для последующего нагрева
тепловоспринимающих сред, замещая эквива-
лентное количество теплоты, получаемой до
этого котельной установкой. Тем самым дости-
гается определенный эффект экономии пер-
вичной энергии, пропорциональный величине
отобранной и полезно сообщенной теплоты и
обратно пропорциональный КПД котла. При
прямом использовании отобранной теплоты
для нагрева тепловоспринимающей среды
вспомогательные затраты первичной энергии
на организацию теплообмена обычно малы.
Поэтому основным критерием оптимальности
процесса утилизации можно считать здесь
количество отобранной и полезно переданной
теплоты.
Если же температурный потенциал отобран-
ной теплоты недостаточен, то для его повыше-
ния применяется тепловой насос, привод кото-
рого обходится определенными затратами пер-
вичной энергии. В связи с этим утилизируемая
теплота приобретает определенную стоимость,
пропорциональную затратам приводной энер-
гии, подлежую минимизации.
Потребление приводной энергии тепловым
насосом определяется разностью эксергии
переданной и полученной теплоты:
E = Exг – Exx +D, (1)
где D – потери эксергии, характеризующие
степень совершенства теплонасосной установ-
ки.
Из последнего выражения следует, что при
любой фиксированной температуре нагрева
тепловоспринимающей среды минимум затрат
приводной энергии соответствует максимуму
эксергии отобранной теплоты.
Таким образом, максимум эксергии ото-
бранной теплоты может служить критерием
оптимальности процесса отбора теплоты про-
дуктов сгорания в испаритель теплового насоса
при ее использовании для нагрева сетевой
воды.
Оптимизация процесса отбора теплоты от
продуктов сгорания при наличии конденсации
водяного пара по критерию максимума эксер-
гии рассмотрена, в частности, в [5]. В данной
работе показано существование оптимума тем-
ператур охлаждения и отбора теплоты и опре-
делены их значения в зависимости от темпера-
туры точки росы охлаждаемых газов в предпо-
ложении, что температуры охлаждения и отбо-
ра теплоты совпадают. Последнее означает, что
охлажденные газы приобретают 100%-ную
относительную влажность, что создает извест-
ные трудности при их отводе в атмосферу из-за
опасности коррозии газоотводных стволов [9].
В связи с этим найденные в [5] оптимальные
параметры охлаждения продуктов сгорания
подлежат определенному уточнению с учетом
ограничений на относительную влажность
охлажденных газов, что требует внесения неко-
торых изменений в математическую модель
оптимизации процесса охлаждения, представ-
ленных ниже.
Уточненная математическая формулировка
задачи
Требуется определить максимум эксергии Ex
теплоты Q, воспринятой стенкой теплообмен-
ника-конденсатора при изобарном охлажде-
нии газопаровой смеси продуктов сгорания с
известным компонентным составом и темпера-
турой t1 при вариации температуры охлажде-
ния смеси t2 и температуры стенки tw с учетом
ограничения на относительную влажность
охлажденных газов по условиям их отвода в
атмосферу:
33ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
Оптимальные параметры отбора теплоты уходящих газов котельных установок для ее использования тепловым насосом
34 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
С.В. ДУБОВСКОЙ, М.Е. БАБИН, В.С. КОБЕРНИК, Н.Я. КАДЕНСКИЙ
При формулировке задачи приняты следую-
щие обозначения:
G – массовый расход продуктов сгорания,
– массовый расход сухих газов,
d1, d2 – абсолютная влажность продуктов сго-
рания на сухую массу, μ, μc – молекулярная
масса водяного пара и сухих газов соответ-
ственно, p1, p2 – парциальное давление водя-
ного пара до и после охлаждения, B – баромет-
рическое давление, i(p1,t1), i(p2,t2) – удельная
энтальпия водяного пара до и после охлажде-
ния, h(t1), h(t2) – удельная энтальпия смеси
сухих компонент продуктов сгорания до и
после охлаждения, θ – заданный запас темпе-
ратуры по условиям предотвращения увлажне-
ния газоотводных каналов – в дальнейшем
дефицит точки росы, ta – температура воздуха.
Для определения функциональной зависи-
мости (6) парциального давления пара в охлаж-
денных газах от других параметров процесса, в
соответствие с рекомендациями специальных
работ по тепломассообмену при конденсации
из парогазовых смесей [6, 7] принят закон
подобия полей температур газа и парциальных
давлений пара, приводящий к соотношению:
где pw = ps(tw) – парциальное давление насы-
щенного пара при температуре стенки.
Сформулированная задача может использо-
ваться как для имитационного моделирования
процесса глубокого охлаждения уходящих
газов топливосжигающих установок, так и для
определения условно оптимальных темпера-
турных режимов данного процесса с учетом
ограничений на влажность охлажденных газов.
Имитационное моделирование процесса
охлаждения
Имитационное моделирование процесса
производилось с использованием характерных
параметров работы водогрейного котла систе-
мы централизованного теплоснабжения на
природном газе типа ПТВМ-100.
Компонентный состав природного газа под-
бирался по условию соответствия стандартно-
му топливу, использованному при построении
типовой энергетической характеристики [8]
котла данного типа по величине низшей
рабочей теплоте сгорания (33,3 МДж/м3).
Численные значения коэффициентов избытка
воздуха и температуры продуктов сгорания на
выходе из котла принимались по данным типо-
вой энергетической характеристики водогрей-
ного котла при разных нагрузках. Температура
воздуха принималась равной 5°С при относи-
тельной влажности 60%.
Компонентный состав продуктов сгорания
рассчитывался в соответствие с [8], термодина-
мические свойства сухих компонент продуктов
сгорания принимались по данным [9], а водя-
ного пара – по данным [10].
Температуры тепловоспринимающей
поверхности (в дальнейшем – стенки) тепло-
обменника-конденсатора варьировались в пре-
делах t2 > tw > ta при фиксированных темпера-
турах охлаждения, выбираемых из диапазона
t1 > t2 > ta. Про данным значениям температур
рассчитывались соответствующие значения
отобранной теплоты охлаждения, эксергии
отобранной теплоты и психометрической раз-
ницы температур охлажденных газов.
По данным расчета эксергии отобранной
теплоты (рис.1) можно выделить три характер-
ные области ее изменения.
В диапазоне температур ta < t2 < t2o, где
значения t2o составляют 42+1°С в зависимости
от начальных параметров газовой смеси, эксер-
гия монотонно возрастает с ростом температу-
ры стенки, достигая максимума в предельной
точке tw = t2. В этой области достигается абсо-
лютный максимум эксергии отобранной теп-
лоты в диапазоне температур 30–35°С (в зави-
симости от начальных параметров охлаждаемо-
го газа), что соответствует данным [10]. При
этом охлажденный газ имеет 100%-ную отно-
сительную влажность.
В диапазоне температур охлаждения ts (p1) >
> t2 > t2o кривые изменения эксергии характе-
ризуются наличием максимума при промежу-
точных значениях tw < t2 и минимума – при
температуре точки росы ts (p1) продуктов сгора-
ния, где конденсация пара прекращается. При
этом положение максимума и минимума на
каждой кривой t2=const практически не изме-
няется. Относительная влажность охлажден-
ных газов падает с ростом температуры стенки,
достигая начальной влажности продуктов сго-
35ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
Оптимальные параметры отбора теплоты уходящих газов котельных установок для ее использования тепловым насосом
Рис.1. Зависимость эксергии отбираемой теплоты от температуры охлаждающей стенки при
постоянных температурах охлаждения продуктов сгорания
рания в точке минимума эксергии.
В третьей области tw > ts (p1) изменение
эксергии определяется конвективным перено-
сом теплоты при отсутствии конденсации.
Сложный характер кривых эксергии на рис.1
объясняется наличием двух различных механиз-
мов охлаждения газа – конвективного и массо-
обменного, интенсивность действия которых
различна в разных диапазонах температур.
Каждая из составляющих эксергии имеет
свой экстремум по температуре конденсации и
они отличны друг от друга. При этом совме-
щенный максимум эксергии в грубом прибли-
жении соответствует температуре паритета
упомянутых составляющих.
Как видно из графиков изменения состав-
ляющих эксергии в долях от соответствующих
максимальных значений при αк = 1,19, t1 =
= 180°С (рис.2), в первой области изменения
температур охлаждения формирование макси-
мума определяется, преимущественно, массо-
обменом, во второй – паритетным влиянием
массообмена и теплообмена и в третьей – кон-
вективного теплообмена.
Независимость положения точек максимума
эксергии на оси температуры стенки от темпе-
ратур охлаждения газа объясняется тем, что
определяется исключительно начальными раз-
ностями температур и парциальных давлений
между продуктами сгорания и стенкой. При
этом температура охлаждения влияет лишь на
абсолютные значения максимума эксергии.
Рис. 2. Экстремумы конвективной и массообменных составляющих эксергии в долях от максимальных
значений
Оптимизационное моделирование процесса
Оптимизационное моделировании процесса
охлаждения выполнялось при тех же исходных
данных, что и имитационное в целях уточне-
ния оптимальных значений температур тепло-
воспринимающей стенки теплообменника-
утилизатора и температуры охлаждения
поверхности с учетом ограничения (7) на дефи-
цит точки росы охлажденных газов.
В точках условного максимума эксергии
вычислялись также соответствующие значения
коэффициента полноты утилизации теплоты
охлаждения по формуле:
где Q – расчетное значение количества тепло-
ты, отобранной в теплообменнике-утилизато-
ре, Qa – предельное количество теплоты, кото-
рое могло бы быть отобрано при охлаждении
газов до температуры окружающей среды:
Qa = Gc •[h(t1) – h(ta) + d1• i(p1, t1) –
– da• i(pa, ta)]. (10)
Водяной пар при температуре среды считал-
ся насыщенным.
Результаты оптимизации процесса охлажде-
ния, соответствующие параметрам уходящих
газов при различных нагрузках котла и разных
значениях ограничений на дефицит точки росы
охлажденных газов по условию увлажнения
поверхностей газоотводных стволов, представ-
лены в таблице.
Полученные данные указывают на достаточ-
но узкий диапазон изменения оптимальной
температуры стенки ТУ – от 36°С при мини-
мальной нагрузке котла до 40,6°С при макси-
мальной нагрузке во всем диапазоне варьируе-
мых параметров.
Оптимальная температура охлаждения ухо-
дящих газов t2 возрастает с ростом ограниче-
ний на дефицит точки росы и слабо зависит от
нагрузки котла. В практически важном диапа-
зоне значений дефицита точки росы
10°С ≤ θ ≤ 20°С оптимальная температура
охлаждения изменяется в пределах 59+7°С.
Расчетные значения коэффициента утили-
зации располагаемой теплоты уходящих газов в
точках условного экстремума эксергии,
представленные на рис. 3, возрастают с ростом
нагрузки котла и падают с ростом ограничений
на дефицит точки росы. При номинальной
нагрузке котла коэффициент утилизации
изменяется в пределах 0,75–0,59, а при мини-
мальной (40%) – в пределах 0,66–0,38 в зави-
симости от нормируемой влажности.
Представленные данные дают возможность
оценить целесообразность мероприятий по
утеплению газоходов и стволов котельных
исходя из фактических значений дефицита
точки росы.
36 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
С.В. ДУБОВСКОЙ, М.Е. БАБИН, В.С. КОБЕРНИК, Н.Я. КАДЕНСКИЙ
Оптимум удельной эксергии отобранной теплоты с учетом ограничений
на дефицит точки росы охлаждаемых газов
ВЫВОДЫ
1. Рассмотрена задача выбора рациональ-
ных параметров отбора теплоты уходящих
газов котельных установок для ее дальнейшего
использования в качестве низкопотенциаль-
ной теплоты для тепловых насосов по крите-
рию максимума эксергии отобранной теплоты
с учетом ограничений на влажность охлажден-
ных газов по условиям предотвращения увлаж-
нения газоотводных каналов и стволов.
2. На примере котельной установки типа
ПТВМ -100 проведено имитационное и опти-
мизационное моделирование охлаждения
дымовых газов в теплообменниках-утилизато-
рах с использованием принципа подобия теп-
лообмена и массообмена.
3. Установлено, что оптимальные значе-
ния температуры стенки (охлаждающего аген-
та) теплообменника-утилизатора следует под-
держивать в пределах 36–41°С в зависимости от
нагрузки котла, а температуру охлаждения – в
пределах 52–66°С в соответствие с ростом огра-
ничения на точку росы в пределах от 10 до 20°С.
4. Расчетные значения коэффициента
утилизации располагаемой теплоты уходящих
газов у четом скрытой теплоты конденсации
при указанных режимах охлаждения увеличи-
ваются с ростом нагрузки котла и уменьшают-
ся – с ростом ограничений на дефицит точки
росы уходящих газов. При номинальной
нагрузке котла коэффициент утилизации
изменяется в пределах 0,75–0,59, а при мини-
мальной (40%) – в пределах 0,66–0,38 в зави-
симости от нормируемой влажности.
5. Представленные данные дают возмож-
ность выбрать необходимые параметры тепло-
вых насосов, использующих отобранную теп-
лоту охлаждения, а также оценить эффектив-
ность мероприятий по утеплению газоходов и
стволов котельных исходя из их фактических
теплотехнических характеристик.
1. Миропольский З.Л., Чарыев А.И.
Повышение экономичности и уменьшение
вредных выбросов на ТЭС при использова-
нии тепла уходящих газов в контактных
водо- и воздухонагревателях. Обзорная
информация // Энергетика и электрифика-
ция. Сер.7. – М.:Информэнерго, 1983.
2. Large-scale Heat Pumps for Swedish
Municipal Incineration Plant// European heat
pump news. The Newsletter of the European
heat pump conctrted action. – Issue 2. – August
1999. – Р.6–7.
3. Киосов А.Д., Авруцкий Г.Д. Глубокая
утилизация тепла уходящих газов котлов и
его аккумулирование // Теплоэнергетика. –
37ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
Оптимальные параметры отбора теплоты уходящих газов котельных установок для ее использования тепловым насосом
Рис. 3. Коэффициент утилизации теплоты уходящих газов в зависимости от нагрузки котла
и ограничений на дефицит точки росы, соответствующие максимуму эксергии отобранной теплоты
2011. – № 11. – С.60–63.
4. Жовмір М.М. Утилізація низькотемпе-
ратурної теплоти продуктів згорання палив
за допомогою тепових насосів //
Промышленная теплотехника. – 2008. – Т.3,
№ 2. – С. 91–97.
5. Кутателадзе С.С., Боришанский Б.М.
Справочник по теплопередаче. – М.-Л.:
Госэнергоиздат, 1958. – 191 с.
6. Ефимов А.В., Гончаренко А.Л.,
Гончаренко Л.В. Совершенствование мето-
да теплового расчета конденсационного
теплоутилизационного аппарата поверх-
ностного типа, устанавливаемого за котель-
ной установкой // Енергетика: економіка,
технології, екологія. – 2009. – № 1. –
С.64–73.
7. Куделя П.П., Барабаш В.П.
Определение количества конденсата, выде-
ленного из продуктов сгорания конденса-
ционных котлов // Новая тема. – 2012. –
№ 5. – С. 52–54.
8. ТХ 34-70-014–85. Типовая энергетиче-
ская характеристика водогрейного котла
ПТВМ-100 при сжигании природного газа.
Руководящий документ. Дата введения
17.07.1985. – М.: СПО Союзтехэнерго, 1986.
– 40 с.
9. Либерман Н.Б., Нянковская М.Т.
Справочник по проектированию котельных
установок систем централизованного тепло-
снабжения. – М.: Энергия, 1979. – 224 с.
10. Вукалович М.П., Ривкин С.Л.,
Александров А.А. Таблицы термодинамиче-
ских свойств воды и водяного пара. – М.:
Издательство стандартов, 1969. – 720 с.
Надійшла до редколегії 17.06.2013
Рецензент:
Провідний науковий співробітник
відділу оптимізації структури
паливно-енергетичного комплексу
ІЗЕ НАН України, канд. техн. наук
Костюковський Б.А.
38 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 2 (33)
С.В. ДУБОВСКОЙ, М.Е. БАБИН, В.С. КОБЕРНИК, Н.Я. КАДЕНСКИЙ
|
| id | systemreorg-article-482 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:15:18Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/2f/a4cdaab0d1678674be9c0196f9ef322f.pdf |
| spelling | systemreorg-article-4822026-07-18T12:57:40Z Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump Оптимальні параметри відбору теплоти відхідних газів котельних установок для її використання тепловим насосом Dubovskoy S.V. Babin Kobernik V.S. Kadenskiy N.Y. flue gas, boilers, heat pumps, low-potential heat, recovery heat exchanger, utilization. відхідні гази, котельні установки, тепловий насос, низькопотенціальна теплота, теплообмінник-утилізатор, утилізація. The article deals with estimation of advisable parameters of exhaust gas heat extraction from boilers to be used by a heat pump. The existing works on the issue were analyzed to find out the secure supply of maximum exergy of extracted heat to be important.The main aim of the research is to determine the condition of maximum exergy of the heat, received by a heat exchanger-condenser at isobaric gas-steam mixture cooling at a given value of dew point deficit of cooled gases. By the example of a PTVM 100 boiler the simulation and optimization modeling of flue gases cooling process in recovery heat exchangers was carried out using the principle of heat and mass exchange similarity.The heat exchanger-condenser optimum temperature values were determined to be obviously maintained within 36°C - 41°C range, depending on the boiler load, while the temperature of cooling gases must be held within 52°C - 66°C range, in compliance with increasing dew point restrictions within 10°C - 20°C range, depending on thermal and technical features of flue pipes and stacks.The recovery coefficient of exhaust gases heat increases at the indicated cooling mode and decreases with growing flue gases dew-point deficit restrictions.The presented data allow selecting the required heat pump parameters and evaluating the effectiveness of measures aimed at heat insulation of boiler’s flue gas pipes and stacks based on their actual thermal performance. Стаття присвячена оцінці раціональних параметрів відбору теплоти відхідних газів котельних установок для її використання тепловим насосом. Проведено аналіз існуючих робіт, з яких визначено, що важливим є забезпечення максимальної ексергії відібраної теплоти.Основна задача роботи – визначити умову максимуму ексергії теплоти, сприйнятої теплообмінником-конденсатором при ізобарному охолодженні газопарової суміші для заданого значення дефіциту точки роси охолоджених газів. На прикладі котельної установки типу ПТВМ-100 проведено імітаційне і оптимізаційне моделювання охолодження димових газів у теплообмінниках-утилізаторах з використанням принципів подібності теплообміну і масообміну.Встановлено, що оптимальні значення температури теплообмінника-конденсатора необхідно підтримувати в діапазоні 36–41°С, в залежності від навантаження котла, а температуру охолодження газів – в межах 52–66?С у відповідності із зростанням обмеження на точку роси в межах від 10°С до 20°С, залежно від теплотехнічних характеристик газоходів і димових труб.Коефіцієнт утилізації теплоти відхідних газів при зазначених режимах охолодження збільшується з ростом завантаження котла і зменшується із зростанням обмежень на дефіцит точки роси відхідних газівПредставлені дані дають можливість вибрати необхідні параметри теплових насосів та оцінити ефективність заходів з утеплення газоходів і стовбурів димових труб котелень виходячи з їх фактичних теплотехнічних характеристик. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2013-07-04 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/482 System Research in Energy; No. 2 (33) (2013): The Problems of General Energy; 32-38 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (33) (2013): Проблеми загальної енергетики; 32-38 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/482/417 Copyright (c) 2013 Dubovskoy S.V., Babin , Kobernik V.S., Kadenskiy N.Y. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | flue gas boilers heat pumps low-potential heat recovery heat exchanger utilization. Dubovskoy S.V. Babin Kobernik V.S. Kadenskiy N.Y. Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title | Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title_alt | Оптимальні параметри відбору теплоти відхідних газів котельних установок для її використання тепловим насосом |
| title_full | Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title_fullStr | Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title_full_unstemmed | Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title_short | Optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| title_sort | optimal parameters for extracting exhaust gas heat from boilers to be used by heat pump |
| topic | flue gas boilers heat pumps low-potential heat recovery heat exchanger utilization. |
| topic_facet | flue gas boilers heat pumps low-potential heat recovery heat exchanger utilization. відхідні гази котельні установки тепловий насос низькопотенціальна теплота теплообмінник-утилізатор утилізація. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/482 |
| work_keys_str_mv | AT dubovskoysv optimalparametersforextractingexhaustgasheatfromboilerstobeusedbyheatpump AT babin optimalparametersforextractingexhaustgasheatfromboilerstobeusedbyheatpump AT kobernikvs optimalparametersforextractingexhaustgasheatfromboilerstobeusedbyheatpump AT kadenskiyny optimalparametersforextractingexhaustgasheatfromboilerstobeusedbyheatpump AT dubovskoysv optimalʹníparametrivídboruteplotivídhídnihgazívkotelʹnihustanovokdlâíívikoristannâteplovimnasosom AT babin optimalʹníparametrivídboruteplotivídhídnihgazívkotelʹnihustanovokdlâíívikoristannâteplovimnasosom AT kobernikvs optimalʹníparametrivídboruteplotivídhídnihgazívkotelʹnihustanovokdlâíívikoristannâteplovimnasosom AT kadenskiyny optimalʹníparametrivídboruteplotivídhídnihgazívkotelʹnihustanovokdlâíívikoristannâteplovimnasosom |