Охлаждение продуктов сгорания газообразного топлива в ребристых теплообменниках

• Автор: Черепанова, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список обозначений

Введение

Глава 1. Обзор литературных источников.

1.1. Реальные возможности повышения эффективности энергетических установок, работающих на природном газе

1.2. Ребристые биметаллические теплообменники

1.3. Существующие методы расчета поверхностных теплообменников для охлаждения продуктов сгорания с конденсацией содержащегося в них пара

1.4. Контактное термическое сопротивление

Выводы.
Глава 2. Коэффициент теплоотдачи к поверхности ребристого теплообменника при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы.

2.1. О применении аналогии процессов тепло и массообмена

2.2. Суммарный коэффициент теплоотдачи с учетом теплоты конденсации .
2.3. Влияние пленки конденсата на теплоотдачу
2.4. Влияние конденсации на коэффициент эффективности ребра
Выводы.
Глава 3. Основные закономерности охлаждения продуктов сгорания при конденсации из них водяного пара.
3.1. Изменение концентрации пара вдоль охлаждающей поверхности с постоянной температурой
3.2. Изменение температуры продуктов сгорания в процессе их охлаждения
3.3. Методика расчета поверхностных ребристых теплообменников при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы водяного пара
3.4. Сравнение методики расчета с данными других авторов.
Выводы.
Глава 4. Основные факторы, определяющие эффективность охлажде
ния продуктов сгорания
4.1. Влияние коэффициента избытка воздуха.
4.2. Влияние загрязнений
4.3. Коэффициент оребрения
4.4. Расход и температура охлаждающей воды
4.5. Коррозионная устойчивость алюминия в подкисленном конденсате
Глава 5. Защита газоходов и дымовой трубы при охлаждении продуктов сгорания
5.1. Стальные дымовые трубы.
5.2. Кирпичные и железобетонные трубы.
5.3. Теплообмен в дымовой трубе.
5.4. Расчет температуры внутренней поверхности трубы.
5.5. Температура уходящих газов, обеспечивающая отсутствие конденсации на внутренней поверхности оголовка трубы.
5.6. Намокание кладки трубы изза диффузии пара.
5.7. Предотвращение каплеуноса.
Выводы.
Глава 6. Опыт эксплуатации охладителей дымовых газов в котельной
экспериментальнопроизводственного комбината УГТУУПИ ИЗ
6.1. Теплообменник первого поколения.
6.2. Теплообменник второго поколения.
6.3. Теплообменник третьего поколения
Выводы
Заключение.
Библиография


Температура продуктов сгорания, уходящих из отопительных котлов, особенно малой мощности, обычно превышает 0 °С, а зачастую доходит до 0 °С. Перевод котельных на газообразное топливо дает уникальную возможность существенного увеличения эффективности их работы за счет более глубокого охлаждения уходящих газов, однако оно почти нигде не используется. Объясняется это, по-видимому, двумя причинами. Первая - сила инерции. За лет широкого использования газа в стране конструкции котлов, в принципе, остались теми же, которые были разработаны для твердого топлива и мазута. Вторая - более серьезная причина - боязнь разрушения кирпичной или бетонной дымовой трубы из-за намокания и последующего промерзания, а стальной - из-за коррозии в результате конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания, на ее внутренней поверхности. В литературе опубликовано много примеров разрушения дымовых труб из-за конденсации пара [, ]. Тем не менее, в США и странах Европы весьма широко распространены газовые конденсационные поверхностные отопительные котлы и экономайзеры [, ]. В США выпускаются поверхностные конденсационные экономайзеры для паровых котлов. В котельной фирмы «Timken» испытан поверхностный экономайзер, установленный за котлом паропроизводительностью т/ч []. Температура газов на входе в экономайзер 0 °С, на выходе из него - °С. Вода в экономайзере нагревается с до °С при ее расходе т/ч. Теплопро-изводительность экономайзера более 1,1 Гкал/ч. В отечественных и зарубежных котельных опробованы два типа теплообменных аппаратов - контактные [, ] и поверхностные [- ]. Из контактных теплообменников уходят газы со степенью насыщения водяным паром - % [] и температурой, примерно на 5 °С превышающей температуру нагреваемой воды. Они довольно громоздки [] и характеризуются большим каплеуносом несмотря на каплеуловители, которые обычно устанавливают за ними. Для предотвращения конденсации пара на стенках газоходов и дымовой трубы обычно часть продуктов сгорания направляют байпасом мимо аппарата и смешивают за ним с основным потоком, повышая температуру и снижая степень насыщения продуктов сгорания паром. Методы расчета такой системы неоднократно публиковались [, ], правда, без учета теплоты, необходимой для испарения уносимых капель. Контактные аппараты не нашли широкого применения в котельных. На Первоуральской ТЭЦ после перевода ее на природный газ вместо ставших ненужными мокрых скрубберов для газоочистки с по гг. БКЗ были установлены контактные экономайзеры []. Они работают до настоящего времени, несколько раз проводились их испытания, в книге [] им дается высокая оценка. Кроме байпасов впоследствии пришлось организовать подмешивание горячего воздуха к охлажденным продуктам сгорания. Тем не менее, в г. В ноябре г. По-видимому, на практике при эксплуатации трудно всегда выдерживать условия, исключающие выпадение конденсата в трубе. Причинами этого могут быть каплеунос, низкие скорости продуктов сгорания или избыточное давление в стволе дымовой трубы []. Поверхностные ребристые теплоутилизаторы компактнее контактных. Вт/(м • К), а при наличии конденсации пара - еще выше. В ряде публикаций [-] сообщается об успешном их применении для охлаждения продуктов сгорания с конденсацией содержащегося в них водяного пара, однако ни в одной из них не анализируется опыт длительной их эксплуатации. В цитируемых работах [ - ] для охлаждения продуктов сгорания используются обычные калориферы, выпускаемые отечественными заводами для нагрева воздуха в системах вентиляции горячей водой или паром []. Основу такого калорифера составляет стальная трубка, на которую насажена алюминиевая толстостенная трубка, из которой, в свою очередь, методом накатки формируются ребра высотой примерно мм, с шагом около 3 мм. В котельной экспериментально-производственного комбината УГТУ-УПИ первый такой теплообменник был смонтирован за паровым котлом ШБ-А7 паропроизводительностью т/ч в г. Это был биметаллический теплообменник с трубками из углеродистой стали обычного качества с алюминиевым оребрением 0 х 1,5 мм. В теплообменнике нагревалась сырая вода из городского водопровода. В процессе эксплуатации (декабрь г.