30 Дек

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В качестве опытного теплообменника был взят подогреватель сетевой воды типа ПСВ-45-7-15, Саратовского завода тяжелого машиностроения, установленный на промплощадке НПО «Факел» (г. Петербург) и предназначенный для демонтажа.

Работы по наладке и испытаниям проводились персоналом НПО «Факел» по программе, разработанной автором настоящей статьи и при его непосредственном участии.

Подогреватель имеет вертикальный трубный пучок типовой конструкции с U-образными латунными трубками, производительностью по воде — 90 м3/ч (25,0 кг/с). Греющий пар с давлением Р=0,50-0,60 МПа поступал в подогреватель от местной котельной.

Основные данные подогревателя к началу проведения испытаний:

1.трубки латунные Æ22х1,0мм;

2.число трубок 485-12=473 шт. (12 трубок ранее заглушено, что в пределах нормы);

3.число ходов — Z=2.

При вертикальном положении подогревателя было проведено 26 опытов, при наклонном—32. Длительность выхода подогревателя на стабильный режим работы, в каждом опыте, составляла примерно 15 мин.

Схема установки и измерений приведена на рис.1.  Изменение давления греющего пара в подогревателе  в диапазоне 0,12—0,25 МПа, осуществлялось задвижкой (П-1) в ручном режиме на подводящем паропроводе греющего пара непосредственно к теплообменнику (ТО).

Изменение расхода нагреваемой воды осуществлялось выходной задвижкой (В-2) вручную.  Уровень конденсата греющего пара (КГП) в подогревателе поддерживался постоянным с помощью ручного  управления регулятора уровня (Р-1) и контролировался по водомерному стеклу (на рис.1 не показано).

Температура нагреваемой воды на входе в подогреватель изменялась в диапазоне 18,0-20,0°С, на выходе из подогревателя 45,0-65,0°С.

Во время испытаний проводились измерения следующих величин:

1.расход нагреваемой воды измерялся с помощью штатной измерительной шайбы (РШ-2) по эксплуатационному регистрирующему расходомеру и по специально подключенному на время испытаний дифманометру ДТ-50, производства  ГК «Промприбор», г.Москва, с максимальной погрешностью + (-) 2,0 мм.рт.ст. и ценой деления шкалы – 1,0 мм.;

  1. температура нагреваемой воды на входе T1 и на выходе T2 из подогревателя определялась по ртутным лабораторным термометрам с ценой деления 0,1° С;
  2. температура конденсата греющего пара Тк на выходе из подогревателя определялась по ртутному лабораторному термометру с ценой деления 0,1° С;
  3. давление греющего пара на входе Рп (5) и в корпусе подогревателя Рпод. определялась по образцовым манометрам типа ОМ-6 с ценой деления 0,05 кг/см2;
  4. расход греющего пара, поступающего в теплообменник ТО, определялся с помощью специально установленной на трубопроводе подвода пара измерительной диафрагмы и подключенного к ней дифманометра типа ДТ-50.

Изменение режима работы подогревателя производилось вручную. При проведении опытов замеры велись на установившемся режиме работы.

Значения температур и давлений записывались через каждые 5 мин, а расходов пара и воды через одну минуту. Затем эти данные усреднялись.

Небаланс по тепловой нагрузке между водяной и паровой сторонами составлял  до 10% как вертикального, так и наклонного подогревателя.

Для окончательной обработки количество переданного тепла в подогревателе принято по водяной стороне, поскольку измерение расхода и температур воды намного точнее.

Рис. 1. Схема проведения замеров параметров пара и воды при испытании  подогревателя типа ПСВ — 45-7-15

 

Обработка опытных данных производилась по следующим формулам [1, с. 246-261]:

  1. Тепловая нагрузка по водяной стороне, ккал/час

                                                            (1)

где:

Gв—расход воды, кг/час;

Cв—теплоемкость воды, ккал/кг-град;

T1— температура воды на входе в подогреватель, ° С;

T2—температура воды на выходе из подогревателя, °С.

  1. Давление пара в подогревателе, МПа (кгс/см):

Рп = b + h,                                                                             (2)

где:

b—барометрическое давление, МПа (кгс/см);

р—показания манометра М-2, МПа (кгс/см).

  1. Нагрев воды в подогревателе, °С

  ∂T = T2 -T1                                                                        (3)

  1. Недогрев воды в подогревателе, °С

∂T = Tн- Т2                                                                            (4)

где:

Тн-температура насыщения пара (°С), определяемая по давлению в подогревателе;

Т2 – температура воды на выходе из теплообменника, °С.

  1. Среднелогарифмическая разность температур:

  ∂T = T2 -T1 / 2,31g(Tн- Т1) / (Tн- Т2),                                    (5)

  1. Коэффициент теплопередачи, ккал/мч град

Кв = GвСв(T2 -T1) / FΔ T ,                                                         (6)

где:

F — поверхность теплообмена, м2;

Св – теплоёмкость воды, ккал/кг град

Коэффициент теплопередачи Кв в теплообменных аппаратах зависит от скорости и расхода нагреваемой среды, ее средней температуры, расхода и давления греющего пара, количества воздуха в паре.

Во время испытаний изменялись все параметры, однако в дальнейшем считалось, что количество воздуха оставалось неизменным как в вертикальном, так и в наклонном подогревателе.

Это утверждение может быть обосновано одинаковыми условиями пуска подогревателя во всех опытах, а также неизменностью коэффициента теплопередачи в течение длительного времени при постоянном режиме работы.

В соответствии с принятой в технической литературе методикой результаты испытаний представлены в виде зависимости коэффициентов теплопередачи и относительного недогрева от расхода воды с учетом перечисленных выше факторов.

В качестве характеристики подогревателей нами была использована величина относительного недогрева воды вида:

∂T / ΔT = (Тн- Т2) / [(T2 — T1) / 2,31g(Tн- Т1) / (Tн- Т2)],    (7)

которая не зависит от величины тепловой нагрузки теплообменника и давления греющего пара в подогревателе.

Это позволяет проводить сопоставление эффективности работы подогревателя при вертикальном и наклонном его положении.

Анализ полученных результатов показал, что в наклонном теплообменнике относительный недогрев в среднем на 20—25% ниже, чем в вертикальном, что соответствует указанному выше увеличению коэффициента теплопередачи.

Это увеличение объясняется ростом коэффициента теплоотдачи со стороны конденсируемого пара с появлением устойчивой капельной конденсацией.

Так как, при наклоне трубчатки подогревателя появляется вектор гравитации, который разрывает поверхностную пленку конденсата греющего пара и «оголяет» трубную систему для подвода к ней греющего пара.

В процессе испытаний работы подогревателя в наклонном положении, нами были увеличены углы наклона от 5о  до 30°- 40° к вертикали.

Как показали экспериментальные данные, увеличение угла не ведёт к столь большому увеличению коэффициента теплоотдачи от греющего пара нагреваемой воде, как при углах от 20° до 25°.

Выводы.

Полученные экспериментальные данные качественно подтверждают результаты теоретического анализа нашей работы и позволяют считать, что:

1.применение угла наклона трубного пучка к вертикали (не более 25°) приводит к увеличению коэффициента теплопередачи от греющего пара к нагреваемой воде на 20-25%;

2.уменьшение относительного недогрева  может рассматриваться как один из способов повышения эффективности работы конденсирующих теплообменных аппаратов;

  1. позволяет без дополнительных дорогостоящих технических устройств внутри подогревателя (отбойные направляющие аппараты, завихрители, спиральные насадки и т.п.), при минимальных переделках компоновки обвязки трубопроводами подогревателя, получать высокий термодинамический эффект теплопередачи;
  2. ведёт к уменьшению количества теплообменных аппаратов почти на треть, без изменения окончательного нагрева рабочего тела;
  3. данный вариант компоновки подогревателей особенно актуален при современном дефиците топлива, т.к. наклонная компоновка подогревателей позволяет резко уменьшить расход греющего пара, что ведет к уменьшению удельного расхода тепла на единицу греющей среды и соответственно топлива;
  4. данный способ интенсификации теплообмена в рекуперативных подогревателях зарегистрирован в Роспатенте.

Список литературы:

  1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – 2-е изд.- М.: Энергия, 1977, с. 246-261.
    ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
    В настоящей статье приведены результаты исследования влияния наклона вертикального трубного пучка рекуперативного теплообменника, проведённые в промышленно-экспериментальных условиях, в результате которых установлено увеличение коэффициента теплопередачи на 20-25%.
    Written by: Груздев Вячеслав Борисович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 01/04/2017
    Edition: euroasia-science.ru_29-30.12.2015_12(21)
    Available in: Ebook