Учебное пособие 800429

объясняется тем, что в решётках с профильными лопатками происходит более плавное изменение направления газового потока, что значительно снижает потери давления.

Gт, кг/с

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0	100 150 200 250 300 350 Pр+с, Па

Рис. 3. Зависимость массового расхода дисперсного материала от суммарного гидравлического сопротивления для решётки с профильными

лопатками: силикагель, - 0 55°, ▲ - 0 40°; алюмоцинковый сплав, ○ - 0 55°, ● - 0 40°

Опытные данные по исследованию профильных решёток без наличия материала при изменении 0 от 0,44 до 1,22 рад были

аппроксимированы методом наименьших квадратов с относительной погрешностью 11 %, в виде зависимости:

P 6,06 2		г	2	,	(2)
0			г

где г – плотность газа, кг/м3; г – скорость газа, м/с.

41

Gт, кг/с

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 100 200 300 400 500 600 Pр+с, Па

Рис. 4. Зависимость массового расхода частиц алюмоцинкового сплава от суммарного гидравлического сопротивления слоя и решётки:

● - с профильными лопатками; - штампованной; ○ - перфорированной

Проведённые экспериментальные исследования показали, что решётки с профильными лопатками наиболее эффективны. Однако газораспределители данного типа имеют самую сложную конструкцию из рассмотренных, поэтому особый интерес представляют штампованные решётки, отличающиеся простотой изготовления. Таким образом, оба типа жалюзийных решёток могут быть рекомендованы для промышленного использования в аппаратах с тонким центробежным слоем.

Литература

1.Бараков А.В. Экспериментальное исследование гидродинамики жалюзийных решёток / А.В. Бараков, Ю.Н. Агапов, А.В. Борисов // Известия вузов. Энергетика. – 1982. – № 2. – С. 99-101.

2.Агапов Ю.Н. Влияние высоты псевдоожиженного слоя на параметры газораспределительной решётки / Ю.Н. Агапов, В.И. Лукьяненко, А.П. Бырдин, В.Г. Стогней // Вестник ВГТУ. – 2006. – Т. 2. –

№6. – С. 139143.

Воронежский государственный технический университет

42

УДК 620.9

И.С. Якунин – магистрант, В.В. Портнов, канд. техн. наук, доц. – научный руководитель

ЯЧЕЕЧНАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, ОСЛОЖНЁННАЯ НАЛИЧИЕМ ЗАСТОЙНОЙ ЗОНЫ

В данной работе предложен один из способов решения задачи по нахождению изменения температуры на выходе из ячеечной теплоэнергетической установки с наличием застойной зоны

Ключевые слова: теплоэнергетическая установка, застойная зона, вычислительный эксперимент

В данной работе рассмотрена теплоэнергетическая система, состоящая из трёх последовательно соединенных зон идеального перемешивания, одна из которых осложнена наличием застойной зоны. Было получено аналитическое решение данной системы, математическая модель которой представлена в виде системы дифференциальных уравнений 1-ого порядка. Вычислительный эксперимент позволяет оценить влияние различных параметрических характеристик объекта на структуру изменения температуры теплоносителя на выходе из системы.

Данная система может быть полезна для использования в химической промышленности.

Рассмотрим названный ранее и изображённый на рис. 1 объект.

Рис. 1. Схема ячеечной системы с застойной зоной

43

1. Составим математическую модель системы

dТ (t)											1
				1											Т			вх	(t) (1 )Т (t) Т											(t)	;
			dt							1																	1		4
dТ					4	(t)										Т (t)						Т		(t)
																											;
				dt								4						1					4
Т				(0) Т						4		(0) Т								0		;
1
	dТ2					(t)					1					Т (t)						Т		(t)			;
				dt								2						1					2
Т		2			(0) Т						0	;
Т			dТ3(t)												1			Т			(t) Т					(t)		;
					dt											3			2						3
Т		3		(0) Т							0	.

2.Приведём систему к безразмерному виду

t1 , 1 Т1 ( ) Т0 , вх ( ) Твх Т0 ,

1 , 1 .

2 3

Запишем систему, применив введённые параметры

	d 1( )							вх ( ) (1 ) ( )									( );
		d														4
														1
1(0) 0;
d				4	( )							( )			( ) ;
										1				4
		d							4				1
		4	(0) 0;
	d 2				( )				1( ) 2 ( ) ;
		d
	2		(0) 0;
d ( )													( ) ( ) ;
				3
		d
						0					2		3
		3	(0)

3. Решение системы

(1)

(2)

44

Передаточная функция для аппарата идеального перемешивания с застойной зоной имеет вид

		p	1
w1 4	(р)			4							,	(3)
						1				1
		p 1 p						2
				4					4

а для аппарата идеального перемешивания без застойной зоны уравнение передаточной функции запишем в виде

w

2 (р)

;

(4)

р

w

3 (р)

;

(5)

р

Передаточная функция всей системы находится по формуле

w p w

p

w p

w

p

выхL

p

;

(6)

p

1 4

2

3

вхL

отсюда

выхL

p w p вхL

p ;

(7)

p

L 1 w

p

L

p

.

(8)

вых

вх

По условию задачи: U

= 0,01

м3/с,

V

= 0,3 м3, V

= 0,2 м3,

1

2

V

= 0,4 м3, V = 0,2 м2, = 0,1.

3

4

Находим недостающие параметры ранее записанных уравнений

0,3

30

сек,

0,02

20 сек,

1

2

0,01

0,01

0, 4

40

сек;

0,1

10 сек,

3

4

0,01

0,01

1,5, 3 / 4.

Применив преобразования аналогичные для системы (1), получим безразмерный вид функции температуры на входе в систему

			40 1 exp( 0,3	20 .	(9)
вх

Подставив (6) и (9) в (8) и решив полученное уравнение в программе Maple 17, получим график изменения температуры среды на выходе из системы во времени, изображённый на рис. 2.

45

Рис. 2. График зависимости температуры на выходе из системы во времени

В результате математического моделирования такого объекта получим инструментарий, позволяющий разработать методы и алгоритмы для оптимизации теплоэнергетической системы.

Литература

1.Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии / А.Г. Бондарь. – Киев: «Вита школа», 1973. - 280 с.

2.Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен: учебник для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - М: Издательский дом МЭИ, 2011. - 562 с.

Воронежский государственный технический университет

46

УДК 621.184.4

Р.С. Дударев, Д.А. Базыкин – магистранты, Ю.Н. Агапов, д-р техн. наук, проф. – научный руководитель

СРАВНЕНИЕ РАБОТЫ ЭКОНОМАЙЗЕРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ТИПА

В статье производится сравнение работы двух типов экономайзера: кипящего и некипящего, рассматриваются их конструктивные особенности и эффективность

Ключевые слова: водяной экономайзер, кипящий слой, эффективность

Водяной экономайзер - элемент котлоагрегата, теплообменный аппарат, в котором питательная вода перед подачей в котел подогревается уходящими газами. Водяной экономайзер выполняют

ввиде чугунных, стальных гладкотрубных и стальных из оребренных труб. Для работы при давлении до 2,3 МПа и температуре питательной воды ниже температуры точки росы дымовых газов или недеаэрированной воды водяной экономайзер изготовляют из гладких или ребристых чугунных труб. Поверхность нагрева в этом случае образована из оребренных труб, соединенных

взмеевики гладкотрубными V-образными калачами для перепуска воды, обычно вынесенными из зоны непосредственного обогрева продуктами сгорания за обмуровку коптов, что обеспечивает удобство ремонта и повышает надежность работы водяного экономайзера. Однако ребристая поверхность более чувствительна к внешнему загрязнению. В стальных гладкотрубных водяных экономайзерах, поверхность нагрева выполняют из параллельно включенных змеевиков, с небольшим внутренним диаметром, расположенных в шахматном порядке. Входные и выходные концы змеевиков объединяют в коллекторы, находящиеся на стенках конвективного газохода. По ходу газов водяной экономайзер разбит на пакеты высотой от 1 до 1,5 м. Плоскость змеевиков может располагаться параллельно или перпендикулярно задней стенке газохода [1]. Схема расположения змеевиков должна обеспечить требуемую скорость движения воды. Для повышения эффективности поверхностей нагрева применяют водяной экономайзер из стальных оребренных труб. По уровню нагрева воды водяные экономайзеры бывают кипящего и некипящего типов. В последних закипание воды недопустимо, так как может привести к

47

образованию паровых пробок. В водяном экономайзере кипящего типа до 20…25% всей воды испаряется. По высоте водяные экономайзеры делят на отдельные пакеты с проемами между ними, вследствие чего облегчается его очистка oт золы. В проемах, кроме того, выравнивается газовый поток, что способствует более полному омыванию водяного экономайзера дымовыми газами. С целью равномерного распределения воды по змеевикам и предотвращения образования паровых пробок скорость входа воды в змеевики должна быть не менее 0,5 м/с при полной нагрузке. Температуpa нагрева воды в водяном экономайзере определяется рабочим давлением и типом экономайзера (кипящий или некипящий). В теплофикационных водяных экономайзерах нагреваемая вода затем используется для целей теплофикации. В старых котельных с низким кпд вследствие высокой температуры уходящих газов иногда устанавливают групповые теплофикационные водяные экономайзеры, повышающие кпд котельной.

Экономайзеры соответственно назначению условно делят на два типа: некипящие и кипящие. В экономайзере воспринимается от 10 до 20 % теплоты топлива.

Некипящие экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды только до температуры насыщения и устанавливаются индивидуально на котел пли на группу котлов низкого давления (до p = 2,4 МПа) и малой мощности и могут

отключаться от котлов по газовому и водяному тракту. Их выполняют в виде пакета гладких, стальных или чугунных ребристых труб с оребрением с газовой стороны. Длина оребренной чугунной трубы экономайзера конструкции ВТИ составляет 1,5; 2 или 3 м, диаметр трубы 76×8 мм, наружные ребра квадратные размером 150×150 мм. Число труб в пакете в горизонтальной плоскости определяется, исходя из скорости продуктов сгорания, обычно равной 6…9 м/с; число горизонтальных рядов труб экономайзера определяется требуемой поверхностью нагрева [2].

Кипящие экономайзеры в современных котлах любого давления устанавливают индивидуально к каждому из них. экономайзеры не отключаются по водяному и газовому трактам от остальных элементов котла.

В целях интенсификации теплообмена экономайзер выполняют из трубок малого диаметра dн = 28…38 мм при толщине стенки 2,5…3,5 мм. Концы змеевиков экономайзера объединяют

48

коллекторами, вынесенными из области газового обогрева. В мощных котлах с целью уменьшения количества трубок, проходящих через обмуровку экономайзера, змеевики объединяют в соединительных патрубках, которые пропускаются через обмуровку к коллекторам. Иногда коллекторы, объединяющие змеевики, размещают в газоходе, где расположен экономайзер, и одновременно они служат также для его опоры.

Рис. 1. Экономайзер с параллельным включением змеевиков:

1 – входная камера; 2 – выходная камера; 3 – змеевики экономайзера

Трубки экономайзера обычно располагают в шахматном порядке, что обеспечивает большую эффективность теплообмена примерно на 25 % по сравнению с теплообменом при коридорном расположении труб и соответственное уменьшение габаритов экономайзера [3]. Стальной гладкотрубный экономайзер с параллельным включением ряда змеевиков изображен на рис. 1. В целях уменьшения габаритов, занимаемых экономайзером, в котлах большой мощности увеличивают число рядов параллельно включенных змеевиков, предусматривая два входных и два выходных коллектора, расположенных на противоположных стенках конвективной шахты. Встречные змеевики смещены по глубине газохода с таким расчетом, чтобы было выдержано оптимальное значение отношения S2 / dн , равное 1,25.

Змеевики экономайзера располагают перпендикулярно и параллельно фронту котла (рис. 2). В первом случае длина змеевика

49

невелика, что облегчает их крепление. Во втором случае резко уменьшается число параллельно включенных змеевиков, но усложняется их крепление. В котлах небольшой мощности применяют одностороннее расположение коллекторов. В котлах с развитым фронтом экономайзеры выполняют двусторонними, симметричными, с расположением коллекторов с двух боковых сторон конвективной шахты.

Рис. 2. Компоновки экономайзера:

а – расположение змеевиков перпендикулярно фронту; б – расположение змеевиков параллельно фронту; в и г – двустороннее параллельное фронту расположение змеевиков; д – защита труб от износа; 1 – барабан;

2 – водоперепускные трубы; 3 – экономайзер;

4 – входные коллекторы; 5 – перекидные трубы

Скорость воды в экономайзере принимают, исходя из условий предотвращения в них расслоения пароводяной смеси и кислородной коррозии. При малой скорости воды остающийся в ней кислород задерживается в местах шероховатости верхней образующей трубок и вызывает язвенную коррозию, которая распространяется на большую толщину стенки трубки вплоть до образования свищей. Расслоение пароводяной смеси при малой скорости потока вызывает ухудшение условий нх охлаждения и перегрев металла трубок.

50