Технические науки/5. Энергетика.

К.т.н., доцент Тимченко В.И., К.т.н., доцент Илиев А.Г.

Южно-российский государственный университет экономики и сервиса

 

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛАНАРНЫХ КАНАЛОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОВЫХ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

      Под энергосбережением понимается:

          1) комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на повышение эффективности производства и оптимизации способов использования тепловой энергии;

          2)  снижение потребления энергоресурсов за счёт уменьшения тепловых потерь при производстве, транспортировке и использовании энергии;

3) снижение потребления энергоресурсов за счёт использования вторичных энергоресурсов.

Основным мероприятием по энергосбережению является обеспечение  оптимальных теплотехнических параметров теплоносителей и их стабильности в технологических процессах. Повышение эффективности использования тепловой энергии в технологических процессах возможно при комплексном решении проблем энергосбережения. Авторами [1,2,4,5] тепловые отходы от технологических теплоиспользующих процессов рассматриваются как тепловой потенциал предприятия, который возможно извлечь из ВЭР, который при применении специального энергосберегающего оборудования может использоваться в технологических процессах и инженерных сетях предприятия.

    Исходными данными для выбора теплообменника являются тепловая производительность (количество тепловых отходов), температурные режимы (параметры вторичных теплоносителей), алгоритм для определения которых  предлагается в работах [3,6,8], что подтверждает не только наличие  опыта в создании энергосберегающего оборудования, но и необходимость его дальнейшего  совершенствования.

На основании вышеизложенного предлагается, в качестве энергосберегающего оборудования в точках теплопотребления вторичных теплоносителей, например  горячих промстоков рекуперативные  теплообменники, так называемые  рекуператоры горячих промышленных стоков (РГПС) [9].

    При этом для его расчёта известны тепловая нагрузка - это тепловые ВЭР,  расходы и параметры промстоков, требуемые механические, теплофизические и коррозионно-стойкие свойства материалов, а так же другие сведения, необходимые для проектирования аппарата. Этот расчет включает в себя тепловой, гидравлический, механический, поверочный, конструктивный, эксплуатационный и другие расчеты, определяющие геометрические размеры аппарата и его технико-экономические показатели.

Стоимость 1 м2 поверхности SТО (руб/м2) теплообменника является среднестатистической величиной. Она определяется для отдельных типов реально существующих теплообменников по формуле (1):

,                                                             (1)

где F – поверхность теплообмена, м2;

CТО – стоимость теплообменника, руб;

CМ – стоимость монтажа, руб.

Поверхность теплообмена (2):

,                                                                 (2)

где φ – коэффициент запаса;

Q – тепловой поток, Дж/ч;

k– коэффициент теплопередачи, Дж/м2·К·ч;

Δt – средний температурный напор, К.

Средний температурный напор (3):

,                                                      (3)

Уравнение теплового баланса дополнительного теплообменника (4) :

Годовые приведенные затраты на основной теплообменник (5) :

Пfo = So × Fo× E,                      р/год,

где So -  удельная стоимость основного теплообменника, р/м2 .[10]

Мощность нагнетателя, выраженная в кВт, определяется выражением (6) :

,

где φ – коэффициент запаса;

Δt  – гидравлическое сопротивление теплообменника, Н/м2.

Затраты на нагнетатель (7) :

                                          ,                                                

где KН – капиталовложения в нагнетатель; численные значения, которого можно оценить по формуле (8) :

                                      ,                                             

где  SНI и SН – стоимостные коэффициенты, зависящие от типа нагнетателя, его конструктивных особенностей и др. [11]

       На основе анализа этих исследований и методов интенсификации теплообмена при минимальных гидравлических сопротивлениях различных  трактов - оребренных с искусственной шероховатостью, с пористыми наполнителями, матричные, с компланарными каналами, показаны недостатки и преимущества этих теплообменников с точки обеспечения минимальных сопротивлений в оптимальных условиях теплообмена. Можно сделать вывод, что наиболее приемлемыми для применения в системе использования теплоты ВЭР являются тракты с компланарными каналами.

Исследование  трактов с компланарными каналами освещалось в работах Бильмаера В.В., Пелевина Ф.В. Внедрение в серийное производство теплообменных трактов с компланарными каналами  дало мощный толчок в развитии данного метода интенсификации теплообмена. Разделяют тракты неограниченные (выполненные на осиметричной поверхности, например цилиндре) и ограниченные в поперечном направлении, т.е. наличие одного или нескольких поворотов потока у боковых ограничивающих профилей, что приводит к изменению структуры потока и коэффициента теплоотдачи вдоль канала.

      Во всем исследованном диапазоне характер изменения коэффициентов гидравлического сопротивления сохраняет монотонность, в том числе и для области переходного течения в гладкой трубе.

В отличие от течения в гладкой трубе область автомодельности коэффициента гидравлического сопротивления в тракте с компланарными каналами начинается при значениях числа Re = (1…1,5)104. Этот вывод распространяется на все исследованные варианты трактов.

Установка турбулизаторов в каналах также приводит к росту коэффициента гидравлического сопротивления, что соответствует физической картине течения жидкости.

Энергия турбулизации потока, вырабатываемая в области смешения компланарных потоков, переносится к теплоотдающей поверхности с полями теплоносителя как по нормали за счет увеличения турбулентных пульсаций, так и тангенциально потоку кручения в результате взаимной подкрутки. Таким образом, вблизи теплоотдающей поверхности происходит непрерывное разрушения пограничного слоя, интенсифицируется массообмен пристенных потоков слоя с его ядром, что является причиной значительного увеличения.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1.     Сапронов, А. Г. Энергосбережение на предприятиях бытового обслуживания [Текст]: учеб. пособие / А. Г. Сапронов, В. А. Шаповалов; под ред. А. Г. Сапронова. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000. - 115 с.

2.     Сапронов, А. Г. Оптимизационные методики  по энергосбережению и природоохранным предприятиям на предприятиях легкой промышленности и сервиса [Текст]: монография / А. Г. Сапронов, В. И. Тимченко, В. А. Шаповалов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000.

3.     Бильмаер, Ф. В. Исследование влияния абсолютных размеров каналов на теплообмен и гидравлические сопротивление в плоских компланарных трактах [Текст] / В. В. Бильмаер, Ф. В Пелевин // Труды Х-й междунар. научно-практический конференции «Наука – сервису»:  в 2 т. Т. 1.-  М.: МГУС, 2005. - С. 132 - 135.

4.      Данилов, И. П. Стандартизация, сертификация и аудит в области энергосбережения. Пути решения задач на региональном уровне [Текст] / И. П. Данилов // Стандарты и качество. – 1999 - №  9. с. 22-24

5.     Сапронов, А. Г. Энергосбережение на предприятиях бытового обслуживания [Текст]: учеб. пособие / А. Г. Сапронов, В. А. Шаповалов; под ред. А. Г. Сапронова. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000. - 115 с.

6.     Сапронов, А. Г. Оптимизационные методики  по энергосбережению и природоохранным предприятиям на предприятиях легкой промышленности и сервиса [Текст]: монография / А. Г. Сапронов, В. И. Тимченко, В. А. Шаповалов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2000.

7.     Бильмаер, Ф. В. Исследование влияния абсолютных размеров каналов на теплообмен и гидравлические сопротивление в плоских компланарных трактах [Текст] / В. В. Бильмаер, Ф. В Пелевин // Труды Х-й междунар. научно-практический конференции «Наука – сервису»:  в 2 т. Т. 1.-  М.: МГУС, 2005. - С. 132 - 135.

8.      Данилов, И. П. Стандартизация, сертификация и аудит в области энергосбережения. Пути решения задач на региональном уровне [Текст] / И. П. Данилов // Стандарты и качество. – 1999 - №  9. с. 22-24

9.     Калинин, Э. К. Интенсификация теплоотдачи в каналах [Текст] / Калинин, Г. А. Дрейцер, С. Л. Ярхо. - М.; Машиностроение, 1990. - 206 с.

10. Проблемные аспекты энергосбережения в условиях безнапорного движения  горячих промстоков (статья) «Актуальные проблемы техники и технологии. Межвузовский сборник научных трудов. ЮРГУЭС - 2007 г. С. 27-29»

11. Илиев, А. Г. Исследование тепловых процессов на автомойках и разработка системы использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) на примере автосервисного предприятия «Интер-транс» [Текст]: дипломная работа /  А. Г. Илиев; ЮРГУЭС. – Шахты, 2006. -  99 с.