Введение.
В промышленности широко распространены тепловые процессы - нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах. Теплообменные аппараты или просто теплообменники используются практически во всех отраслях промышленности. Их основная задача обеспечить температурный режим технологических процессов.
В настоящее время все теплообменные аппараты подразделяются на определённые группы по следующим признакам: по назначению (нагреватели, испарители и кипятильники; холодильники, конденсаторы и т. д.),по режиму работы, по особенностям конструкции и т. д. Холодильники и конденсаторы служат для охлаждения потока или конденсации паров с применением специальных хладоагентов (вода, воздух, пропан, хлористый метил, фреоны и т. д.).
Поверхностные теплообменные аппараты можно разделить на следующие типы по конструктивным признакам:
- кожухотрубчатые теплообменники (жёсткого типа; с линзовым компенсатором на корпусе; с плавающей головкой; с U-образными трубками);
- теплообменники типа “труба в трубе”;
- подогреватели с паровым пространством (рибойлеры);
- конденсаторы воздушного охлаждения.
Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время наиболее широко распространены, по некоторым данным они составляют до 80% от всей теплообменной аппаратуры. Основной частью такого теплообменника является пучок труб, закреплённых в трубных решётках. Трубки располагаются в трубном пучке в шахматном порядке или по вершинам треугольников. Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая – внутри корпуса между трубками.Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время наиболее широко распространены, по некоторым данным они составляют до 80% от всей теплообменной аппаратуры. Основной частью такого теплообменника является пучок труб, закреплённых в трубных решётках. Трубки располагаются в трубном пучке в шахматном порядке или по вершинам треугольников. Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая – внутри корпуса между трубками.
1. Анализ последних исследований и публикаций
Анализ последних публикаций и информации, размещенной на интернет-сайтах производителей водогрейных котлов малой мощности (ВКММ), позволил сделать вывод, что современная котельная техника малой и средней тепловой мощности развивается в следующих направлениях: повышение энергетической эффективности путем снижения тепловых потерь и наиболее полного использования энергетического потенциала топлива; уменьшение габаритов котельного агрегата за счет интенсификации процесса сжигания топлива; интенсификации теплообмена в топочной камере и на поверхностях нагрева; снижение загрязняющих атмосферу газообразных выбросов (СО, NOх, SOх); повышение надежности работы котла.
На сегодняшний день известны различные способы интенсификации теплообмена в конвективных элементах водогрейных котлов: применение перфорированных поверхностей, многослойных конвективных поверхностей, оребрения, а также вставок различной конфигурации.Наиболее распространенными и энергоэффективными способами интенсификации теплообмена являются пассивные методы интенсификации, использующие турбулизацию основного потока теплоносителя, турбулизацию пограничного слоя, увеличение площади поверхности теплообмена и другие.
Теплообменные аппараты нашли широкое применение во многих областях хозяйственной деятельности, авиационно-космической, энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, холодильной и криогенной технике, в системах отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования, различных тепловых двигателях. В связи с ростом энергонапряженности устройств, повышением требований к возможным режимам регулирования систем достаточно актуально стоит вопрос изучения возможных процессов интенсификации теплообмена.
Посредством интенсификации теплообмена увеличивается количество тепла, передаваемого через единицу поверхности теплообмена и соответственно, уменьшаются массогабаритные показатели теплообменника; достигается более выгодное соотношение между передаваемым количеством тепла и мощностью, затрачиваемой на прокачивание теплоносителей. Высокое техническое качество интенсифицированного теплообменного оборудования улучшает общие характеристики энерготехнологических установок.Выбор интенсификатора – важный этап проектирования теплообменного оборудования.
Выбор интенсификатора – важный этап проектирования теплообменного оборудования.
Применение проволочных интенсификаторов является одним из оптимальных способов интенсификации теплообмена, объединяющим максимальную эффективность и экономичность.
2. Постанновка задачи
Основными целями является повышение энергоэффективности как в целом системы генерации и транспортировки тепловой энергии, так и системы распределения тепловой энергии.
Интенсификация теплообмена, которая используется для увеличения удельного теплового потока, всегда сопровождается ростом потерь давления. На сегодняшний день для оценки эффективности того или иного способа интенсификации теплообмена используется несколько критериев которые включают в себя как тепловые, так и гидродинамические характеристики потока.
И винженерной практике кроме этих критериев не менее важными являются массогабаритные характеристики котла и эффективность использования топлива. Все эти параметры должны быть системно учтены не только на отдельном этапе (создание, эксплуатация), а в течение всего жизненного цикла котла.Для задачи экономии топлива (при постоянной мощности и геометрических размерах котла сравнивается расход топлива в котле с интенсификацией теплообмена и в котле с гладко трубной поверхностью) критерием эффективности интенсификатора теплообмена возможно быть записан в виде
Для увеличения теплообмена могут быть использованы различные методы: применение турбулизирующих вставок, ультразвука, пульсации давлений и вибрации теплообменных поверхностей, применяют различные способы оребрения внутри труб
Критерий для задачи уменьшения массогабаритных характеристик при постоянной расходу топлива и мощности, приведенный в работе имеет вид:
Где V - обьем конвективного пучка, Q - тепловая мощность котла,кВт.Критерием эффективности интенсификатора теплообмена К выбрано долю уменьшения экологического воздействия в течение жизненного цикла теплообменника благодаря использованию интенсификаторов теплообмена.
Выводы
Проанализированы современные направления развития котельной техники малой мощности. Рассмотрены современные способы интенсификации теплообмена в водогрейных котлах малой мощности. На основе собственных исследований и анализа работ авторов предложено рассчитывать теплообмен в гладкотрубный каналах водогрейных котлов с учетом поправки на интенсивность теплообмена на начальном участке гидродинамической стабилизации потока. Показано, что использование пластин различной конфигурации существенно улучшает теплотехнические показатели котла.
Список источников
- Петриков С. А. Прогрессивные способы интенсификации теплообмена в отопительных котлах /С. А. Петриков, Н. Н. Хованов // Промышленная энергетика. – 2003. – № 12. – С. 18 – 22
- Шахлина Н. А. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук : спец. 05.14.04 “Промышленная теплоэнергетика” / Н. А. Шахлина. – Екатеринбург, 2007. – 20 с.
- Колядин Е. А. Исследование и научное обоснование интенсификации теплообмена в судовых газотрубных утилизационных котлах : автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук : спец. 05.08.05 “Судовые энергетические установки и их элементы ( главные и вспомогательные”/ Е. А. Колядин. – Астрахань, 2007. – 20 с.
- Гортышев Ю.Ф. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторов теплоотдачи./Ю.Ф. Гортышов, В.Вю Олимпиев// Известия академии наук. Энернетика.- 2002.-№3.-С.102-119.
- Боднар Л.А. Ефективні методи інтенсифікації теплообміну в круглих каналах / Л.А. Боднар, Д.В.Степанов// Вісник Хмельницького національного університету.-2009.-№3.-С.73-78.
| 
