ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1413
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
теплоты
с
уходящими
газами
традиционных
водогрейных
котлов
без
глубокого
охлаждения
газов
по
при
их
температуре
(110–150)
н
у
.
г
.
I
н
Q
o
C (
см
.
точка
4
,
рис
. 1)
составляют
от
генерируемой
,
а
максимальный
КПД
(
)
%
9
7
н
у
.
г
.
−
=
I
н
теплогенератора
,
соответственно
,
равен
(90–92) %,
что
соответствует
.
н
п
I
Для
природного
газа
разность
между
высшей
и
низшей
теплотворными
способностями
составляет
около
∆
Q
в
–
н
= (10–12) %.
Поэтому
при
оценке
КПД
того
же
теплогенератора
по
высшей
теплотворной
способности
∆
Q
в
к
потерям
физической
теплоты
уходящих
газов
добавляется
величина
∆
Q
в
–
н
,
и
потери
становятся
равными
(18–20)
%,
а
величина
КПД
в
у
.
г
.
I
в
= (78–81) %.
Это
обстоятельство
ясно
свидетельствует
о
больших
возможностях
реального
повышения
КПД
теплогенераторов
на
величину
около
у
.
г
.
I
∆
≈
5 %
путем
более
глубокого
использования
теплоты
уходящих
газов
.
Например
,
при
выбросе
последних
в
атмосферу
при
температуре
потери
теплоты
с
ними
составят
около
≈
4,5 %,
а
КПД
C
35
у
.
г
.
°
≈
t
в
у
.
г
.
I
в
теплового
агрегата
возрастает
до
95 % (
что
соответствует
),
вместо
(78–81) %
у
котлов
,
эксплуатируемых
в
настоящее
время
[5].
в
п
I
Рис
. 1.
Изменение
параметров
продуктов
сгорания
в
традиционном
водогрейном
котле
(
вектор
1
–
4
)
и
в
конденсационном
теплогенераторе
(
вектор
1
–
2
–
3
–
6
)
8’2012
120
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
С
целью
глубокого
охлаждения
продуктов
сгорания
в
котельных
могут
использоваться
различные
типы
контактных
экономайзеров
или
же
в
качестве
теплогенератора
могут
быть
установлены
водогрейные
котлы
конденсационного
типа
с
хвостовыми
поверхностями
,
выполненными
в
виде
контактного
теплоутилизатора
[6–9].
В
этих
установках
глубокое
охлаждение
уходящих
газов
происходит
с
достаточно
высокой
интенсивностью
.
Однако
имеется
существенный
недостаток
–
отсутствие
возможности
использования
полученной
в
теплоутилизаторе
горячей
воды
в
открытых
системах
горячего
водоснабжения
,
вследствие
ее
загрязнения
CO
2
и
другими
компонентами
,
содержащимися
в
продуктах
сгорания
топлива
,
при
непосредственном
контакте
с
ними
.
Это
обстоятельство
значительно
сужает
область
применения
нагреваемого
в
теплоутилизаторе
теплоносителя
.
Вариантом
решения
проблемы
полезного
использования
теплоносителя
,
нагреваемого
в
контактном
теплообменнике
и
загрязняемого
при
непосредственном
контакте
с
продуктами
сгорания
природного
газа
,
является
применение
двухконтурной
схемы
,
то
есть
сочетание
контактного
теплоутилизатора
с
промежуточным
поверхностным
теплообменником
.
Промежуточный
теплообменник
по
отношению
к
контактной
камере
теплоутилизатора
может
быть
выносным
,
то
есть
размещенным
вне
ее
,
и
встроенным
,
размещенным
внутри
контактной
камеры
[6, 8, 10].
Однако
при
размещении
промежуточного
поверхностного
теплообменника
внутри
контактной
камеры
контактно
-
поверхностного
теплоутилизатора
процессы
теплообмена
газа
с
циркуляционной
водой
и
последней
с
нагреваемой
водой
происходят
одновременно
на
одной
поверхности
теплообмена
.
Поэтому
невозможно
осуществить
термодинамически
выгодный
противоток
обеих
пар
теплоносителей
(
газ
–
циркуляционная
вода
,
циркуляционная
вода
–
нагреваемая
вода
).
Противоток
соблюдается
лишь
в
одной
паре
теплоносителей
,
а
в
другой
паре
теплоносителей
будет
иметь
место
прямоток
.
При
выполнении
контактно
-
поверхностных
теплоутилизаторов
с
выносным
промежуточным
теплообменником
значительно
увеличиваются
габариты
,
масса
и
материалоемкость
установки
[8].
В
качестве
наиболее
эффективного
решения
проблемы
глубокого
охлаждения
уходящих
газов
теплогенерирующих
установок
может
быть
предложена
установка
в
качестве
теплогенераторов
в
тепловых
источниках
автономных
систем
теплоснабжения
конденсационных
водогрейных
котлов
(
КВК
),
разработанных
в
БГТУ
им
.
В
.
Г
.
Шухова
,
см
.
рис
. 2 [11, 12].
Данный
водогрейный
котел
может
служить
для
целей
теплоснабжения
потребителей
различного
назначения
[1, 5].
Отличительной
особенностью
таких
котлов
является
наличие
двух
циркуляционных
контуров
.
В
первом
контуре
–
радиационной
части
(
РЧ
),
выполняемой
по
аналогии
с
наиболее
эффективными
типами
жаротрубно
-
дымогарных
водогрейных
котлов
,
производится
выработка
горячей
воды
на
цели
отопления
,
а
во
втором
контуре
–
контактно
-
рекуперативной
части
(
КРЧ
) –
выработка
теплоносителя
на
нужды
горячего
водоснабжения
.
Продукты
сгорания
природного
газа
,
сжигаемого
в
топке
РЧ
,
покидают
радиационную
часть
с
температурой
значительно
более
высокой
,
чем
температура
уходящих
газов
на
выходе
из
традиционно
используемых
в
системах
теплоснабжения
водогрейных
котлов
.
Это
обстоятельство
обеспечивает
увеличение
средней
разности
температур
между
теплоносителями
по
сравнению
традиционными
котлами
.
Кроме
того
,
коэффициент
теплопередачи
в
РЧ
принимает
максимально
возможные
значения
,
что
обусловлено
максимальными
величинами
коэффициента
теплоотдачи
от
газов
к
8’2012
121
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
поверхности
теплообмена
(
за
счет
высоких
значений
радиационной
составляющей
теплопереноса
).
В
адиабатной
части
(
АЧ
)
продукты
сгорания
проходят
через
факелы
диспергированного
конденсата
и
частично
охлаждаются
.
При
этом
газы
захватывают
капли
конденсата
и
выносят
их
на
опорно
-
распределительную
решетку
,
над
которой
происходит
инверсия
фаз
:
если
под
решеткой
газ
был
сплошной
фазой
,
а
жидкость
–
дисперсной
,
то
над
решеткой
жидкость
становится
сплошной
фазой
,
а
газ
–
дисперсной
фазой
,
распределенной
в
виде
пузырьков
в
жидкости
.
Эта
двухфазная
эмульгированная
система
газ
-
жидкость
характеризуется
развитой
поверхностью
контакта
,
высокими
значениями
относительных
скоростей
фаз
,
развитой
турбулентностью
потока
,
что
в
совокупности
обуславливает
высокую
эффективность
тепломассообмена
между
газовой
и
жидкой
фазами
.
Газы
адиабатно
охлаждаются
до
термовлажностного
равновесия
при
температуре
мокрого
термометра
(
см
.
вектор
2
–
3
на
рис
. 1).
Рис
. 2.
Схема
конденсационного
водогрейного
котла
(
КВК
):
1
–
радиационная
часть
(
РЧ
);
2
–
жаровая
труба
;
3
–
горелка
;
4
–
дымогарные
трубы
;
5
–
контактно
-
рекуперативная
часть
(
КРЧ
);
6
–
трубный
пучок
КРЧ
;
7
–
адиабатная
часть
(
АЧ
)
8’2012
122
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
В
межтрубном
пространстве
теплота
газов
передается
конденсату
(
см
.
вектор
3
–
6
на
рис
. 1)
и
от
последнего
–
через
стенки
труб
–
нагреваемой
воде
,
проходящей
последовательно
по
нескольким
горизонтальным
рядам
труб
противотоком
по
отношению
к
восходящему
двухфазному
потоку
газ
-
конденсат
в
эмульгированном
режиме
.
Над
трубным
пучком
скорость
газа
уменьшается
,
конденсат
отбрасывается
в
карманы
и
по
опускным
трубам
возвращается
в
бак
конденсата
.
Проходя
через
каплеуловитель
,
газ
освобождается
от
капель
конденсата
и
охлажденным
,
а
также
с
существенно
сниженным
влагосодержанием
удаляется
из
КРЧ
.
При
этом
тепловая
нагрузка
радиационной
части
составляет
порядка
75 %,
а
контактно
-
рекуперативной
части
–
порядка
25
%
от
общей
тепловой
производительности
агрегата
.
Схема
обвязки
котла
представлена
на
рис
. 3.
В
случае
необходимости
выработки
большего
количества
горячей
воды
на
нужды
ГВС
,
чем
номинально
возможно
получить
в
КРЧ
,
недостающая
часть
горячей
воды
вырабатывается
во
вспомогательном
поверхностном
водо
-
водяном
подогревателе
2
.
В
теплое
время
года
,
когда
отопительная
нагрузка
отсутствует
,
вся
вырабатываемая
в
РЧ
теплота
используется
для
нагрева
воды
на
горячее
водоснабжение
в
подогревателе
2
.
Система
отопления
при
этом
отключается
.
Рис
. 3.
Принципиальная
схема
устройства
и
работы
конденсационного
водогрейного
котла
:
1
–
конденсационный
водогрейный
котел
;
2
–
водо
-
водяной
подогреватель
;
3
–
бак
-
аккумулятор
;
РЧ
–
радиационная
часть
;
КРЧ
–
контактно
-
рекуперативная
часть
;
АЧ
–
адиабатная
часть
;
ПГ
–
природный
газ
;
В
–
воздух
;
,
–
отопительная
вода
обратная
и
прямая
,
соответственно
;
,
–
вода
на
горячее
водоснабжение
холодная
и
горячая
,
соответственно
;
УГ
–
уходящие
газы
;
К
–
конденсат
;
Q
О
О
В
П
О
В
Х
ГВС
В
Г
ГВС
В
О
,
Q
ГВ
–
теплота
на
отопление
и
горячее
водоснабжение
,
соответственно
С
целью
проверки
соответствия
основных
расчетных
характеристик
КВК
фактическим
параметрам
,
определяющим
КПД
теплогенератора
,
а
также
соответствия
температур
нагреваемых
теплоносителей
требованиям
регламентирующих
документов
Российской
Федерации
был
создан
стенд
испытаний
пилотного
образца
топливосберегающего
газового
водонагревателя
(
см
.
рис
. 4).
В
этом
испытательном
8’2012
123
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
стенде
теплообменник
2
,
в
котором
охлаждается
отопительная
вода
,
движущаяся
в
замкнутом
контуре
,
является
имитатором
системы
отопления
.
Охлаждение
отопительной
воды
в
теплообменнике
2
осуществляется
посредством
направления
в
его
трубное
пространство
холодной
воды
В
Х
,
которая
,
как
и
нагретая
вода
после
КРЧ
и
подогревателя
3
,
во
время
испытаний
сбрасывались
в
канализацию
.
Г
ГВС
В
Рис
. 4.
Упрощенная
схема
испытательного
стенда
КВК
:
1
–
конденсационный
водогрейный
котел
;
2
–
теплообменник
охлаждения
отопительной
воды
;
3
–
водо
-
водяной
подогреватель
–
бойлер
;
–
теплота
,
полезно
усвоенная
в
контактно
-
рекуперативной
части
;
В
КРЧ
ГВС
Q
Х
–
охлаждающая
вода
;
остальные
обозначения
см
.
рис
. 3
Измерения
расходов
,
температур
и
давлений
всех
теплоносителей
,
указанных
на
рис
. 4,
производились
соответствующими
приборами
,
прошедшими
поверку
.
Основные
расчетные
и
измеренные
параметры
,
определяющие
эффективность
конденсационного
водогрейного
котла
,
приведены
в
таблице
.
Как
видно
из
таблицы
,
измеренные
в
ходе
испытаний
характеристики
конденсационного
водогрейного
котла
весьма
близки
расчетным
значениям
,
а
температуры
нагреваемых
теплоносителей
соответствуют
требованиям
регламентирующих
документов
.
Таким
образом
,
при
использовании
автономных
систем
теплоснабжения
с
установкой
в
качестве
теплогенератора
конденсационного
водогрейного
котла
,
разработанного
в
БГТУ
им
.
В
.
Г
.
Шухова
существенно
(
почти
в
2
раза
)
уменьшается
расход
природного
газа
на
цели
отопления
и
горячего
водоснабжения
жилых
,
общественных
и
промышленных
объектов
,
повышается
надежность
систем
теплоснабжения
,
снижается
в
3,5–4
раза
себестоимость
потребляемого
тепла
.
8’2012
124