ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ ТРУБНОГО ПУЧКА НА ПАРАМЕТРЫ ГАЗО-ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА МИКРО ТЭЦ Липихин Е.Г.,Шевелев Д.В.


Номер: 11-1
Год: 2016
Страницы: 88-91
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

когенерационная установка, микро-ТЭЦ, теплообменный аппарат, газовая микротурбина, cogeneration, micro CHP, heat exchanger, gas microturbine

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

К числу основных требований предъявляемых к когенерационным установкам малой мощности (микро ТЭЦ) относятся обеспечение высокого КПД и малых массогабаритных показателей. Одним из основных элементов микроТЭЦ является газо-водяной теплообменный аппарат (ТА), характеристики которого влияют на параметры энергетической установки в целом. Работа посвящена исследованию влияния геометрических характеристик трубного пучка на массогабаритные показатели и потери полного давления ТА. Даны рекомендации по выбору оптимальных характеристик трубного пучка.

Текст научной статьи

Одним из приоритетных направлений развития энергетики является создание высокоэффективных технологий когенерации. К числу наиболее востребованных относятся когенерационные установки малой мощности (микро ТЭЦ), предназначенные для нужд тепло- и электроснабжения индивидуальных жилых домов, малых производственных и складских помещений. В работе [1] предложена схема когенерационной установки с газовой микротурбиной измененной очередности процессов (Рис. 1). Рис.1 - Схема микро-ТЭЦ с микротурбиной измененной очередности процессов и экономайзером: 1 - атмосферная горелка; 2 - турбина; 3 - электрогенератор; 4 - компрессор; 3 - электрогенератор; 5 - газо-водяной теплообменный аппарат; 6 - экономайзер. Одним из основных элементов микро ТЭЦ является газо-водяной теплообменный аппарат (ТА). Этот элемент тепловой схемы используется для передачи тепловой энергии от продуктов сгорания сетевой воде системы отопления. К теплообменным аппаратам микро ТЭЦ предъявляются следующие требования [2,3]: • аппарат должен обеспечивать передачу требуемого количества тепла от горячего теплоносителя к холодному с получением необходимых конечных температур; • низкие потери полного давления; • во всем диапазоне режимов работы микро ТЭЦ, ТА должен быть работоспособным и надежным; • поверхность теплообмена должна быть удобной в обслуживании (чистке, ремонте); • аппарат должен обладать достаточным запасом прочности; • при заданной тепловой нагрузке должен иметь возможно меньшие габариты; • поверхность теплообмена должна быть технологичной и недорогой в производстве. Исходя из выше сказанного, следует, что выбор наиболее эффективной поверхности теплообмена - один из принципиальных вопросов, требующих разрешения при проектировании. Для этого, было проведено исследование влияния конфигурации поверхности теплообмена на массогабаритные показатели теплообменного аппарата микро ТЭЦ. Для вариантных расчетов был выбран тип поверхности теплообмена - оребренные трубы с круглыми ребрами. Данный тип поверхности теплообмена в достаточной мере удовлетворяет указанным выше требованиям, является наиболее распространенным. Исследовалось несколько типов теплообменных поверхностей из труб с поперечными круглыми ребрами, предложенных в [4]. Геометрические характеристики исследуемых трубных пучков представлены в Таблице 1. Таблица 1 Геометрические характеристики элементов теплообменной поверхности из труб с поперечными круглыми ребрами Геометрические характеристики Тип теплообменной поверхности ККР-3 ККР-6 ККР-9 Наружный диаметр трубы,, мм 10,67 16,38 19,66 Диаметр ореберения, , мм 21,87 28,48 37,16 Толщина ребра δp,, мм 0,483 0,254 0,305 Поперечный шаг t1, мм 24,8 31,3 69,5 Продольный t2, мм 20,4 34,3 44,5 Коэффициент компактности f, м2/м3 447 324 279 Отношение площадей живого сечения и фронта ηсуж 0,494 0,443 0,572 Отношение площади поверхности ребер и полной оребренной поверхности 0,856 0,862 0,835 Геометрия трубного пучка показана на Рис. 1: Рис. 1. Геометрия трубного пучка Исходные данные для расчета ТА определены из термодинамического расчета цикла когенерационной установки [1]: - температура газа на входе/выходе теплообменника - =536°С/=70°С.; - температура воды на входе/выходе теплообменника - =60°С/=80°С; - расход газа G1=0,186 кг/с, расход воды G2=1,263 кг/с; - давление газа на входе в теплообменник р1=58410 Па; - давление воды в трубах р2=0,3 МПа; - коэффициент восстановления полного давления в ТА по газу - σТА=1%. В качестве материала для трубок и ребер была принята углеродистая сталь теплопроводностью λ=50 Вт/(м∙К). Движение теплоносителей - перекрестный ток. Газ поперечно омывает трубы, вода движется внутри труб. Для представленных типов оребренных труб проведен расчет ТА по методике [5]. Расчет выполнен из условия получения оптимального соотношения высоты, ширины и глубины трубного пучка - . Теплофизические параметры теплоносителей были определены по их средним температурам. Для газа теплофизические свойства были определены как для воздуха, так как коэффициент избытка воздуха за турбиной микро ТЭЦ достаточно велик - α=4,2. За определяющий размер взят наружный диаметр трубок dн . Результаты расчетов представлены в Таблице 2. Таблица 2 Результаты расчетов для различных вариантов оребренных труб тип трубок габариты ТА , мм число трубок N площадь поверхности А, м2 объем пучка V, м3 сопротивление пучка ΔР*, Па ККР-3 266 21,34 0,049 190 ККР-6 308 35,88 0,113 130 ККР-9 208 80,13 0,290 21 На Рис. 2 представлено сравнение габаритов полученных в ходе расчета вариантов ТА при использовании различных типов теплообменных поверхностей: Рис.2 - Соотношение габаритов газо-водяного ТА при использовании различных типов оребренных поверхностей Полученные данные свидетельствуют о том, что при переходе от типа теплообменной поверхности ККР-3 к ККР-9 объём теплообменного аппарата возрастает в 6 раз, площадь теплообменной поверхности увеличивается в 3,8 раза, а сопротивление по газовой стороне снижается в 9 раз. Выводы. По результатам расчета сделан выбор в пользу теплообменной поверхности типа ККР-3, так как при этом достигаются минимальные габариты теплообменного аппарата, а величина потерь полного давления трубного пучка ΔР*=190 Па не превышает установленного в ходе теплового расчета цикла когенерационной установки значения ΔРТА=594 Па (σТА=1%), что дает достаточный запас для учета дополнительных потерь в подводящем диффузорном и отводящем конфузорном патрубках ТА.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.