Испытание опытного образца теплоутилизатора  на котельной учебного корпуса № 23

Учватов Александр Владимирович

Испытание опытного образца теплоутилизатора на котельной учебного корпуса № 23

Утилизатор

Энергетика

Диссертации

Вуз: Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева

ID: 6065df65e010f800016c9428

UUID: 8831a2d0-7528-0139-ab24-0242ac18000a

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 8

Учватов Александр Владимирович

Источник: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва"

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 3,6 МБ

Поделиться работой

РЕФЕРАТ Магистерская диссертация содержит 73 страниц, 28 рисунка, 3 таблицы, 40 формул, 30 использованных источников. УТИЛИЗАТОР ТЕПЛА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ, ТЕМПЕРАТУРА, КОНДЕНСАТ, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ. Объектом работы является опытный образец теплоутилизатора на модульной котельной учебного корпуса №23. Цель работы повышение - интенсификации теплопередачи в двухступенчатом теплоутилизаторе котельной за счет создания импульсного режима в гидравлическом контуре. В результате проведения работы произведен обзор и анализ литературных источников по проблеме исследования, приведены общие сведения по утилизаторам, также сделан анализ существующих технологий, выявлены пути развития и поставлены цели и задачи исследования. Составлена энергетическая цепь установки, выполнены балансовые расчеты и приведены их результаты. Разработана схема экспериментальной установки приведены характеристики устройств и агрегатов, входящих в установку. Была разработана методика проведения эксперимента, сделаны пробные испытания и представлены результаты экспериментальных исследований. Степень внедрения - данная работа послужит основой при разработке схем котельных. Область применения - системы теплоснабжения на промышленных и бытовых объектах. Эффективность разработки - снижение удельного расхода топлива на теплоснабжение различных объектов. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Разраб. Учватов А.В. 10.06.20 Провер. Левцев А.П. 16.06.20 Н. контр. Лысяков А.И. 12.06.20 Утв. Левцев А.П. 22.06.20 Испытание опытного образца теплоутилизатора на котельной учебного корпуса №23 Лит. Лист Листов Д 3 73 ИМЭ, каф. ТЭС, д/о,213 гр. ТЭ Пояснительная записка.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 5 1 Обзор и анализ литературных источников по проблеме исследования 6 1.1 Общие сведения 6 1.2 Анализ существующих технологий глубокой утилизации тепла 12 1.3 Методика расчета утилизатора тепла уходящих газов 18 1.4 Пути развития 24 1.5 Цель и задачи исследования. 26 2 Теоретические предпосылки 27 2.1 Энергетическая цепь 27 2.2 Алгоритм построение частотных характеристик 31 3 Описание экспериментальной установки 35 3.1 Разработка схемы экспериментальной установки 3.2.Характеристика устройств и агрегатов, 35 входящих в экспериментальную установку 37 3.3 Система сбора данный 39 42Методики планирования эксперимента, результаты экспериментальных исследований 45 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 70 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 4

ВВЕДЕНИЕ Современное энергетическое развитие характеризуется увеличением стоимости источников энергии и всех видов природных ресурсов, а также увеличением трудностей в защите окружающей среды от воздействия различных типов предприятий. Совершенствование энергетических технологий, экономия энергии, экономия топлива и других природных ресурсов и защита окружающей среды являются приоритетными областями для развития фундаментальных энергетических исследований. Анализ энергетических установок показывает, что одним из способов значительно понизить уровень потребления расхода газа является утилизация тепла уходящих газов в конденсационных теплообменниках. В этом случае понижение расхода топлива в установке на 1% достигается за счет снижения температуры уходящих газов на 15-20 °С. В утилизаторах, вместе с охлаждением продуктов сгорания, происходит снижение содержания оксидов азота в уходящих газах. Однако широкое распространение утилизаторов поверхностного типа существенно ограничено отсутствием теоретических разработок по тепломассопереносу в условиях конденсации водяного пара из продуктов сгорания. Охлаждение уходящих газов в конденсационных теплообменниках ниже точки росы снижает влагосодержание. Вместе с достаточно большим количеством научных публикаций, посвященных использованию тепла от уходящих газов и разработанных конденсационных утилизаторов, большинство газовых котлов и энергетических предприятий продолжают терять тепло и редко используют его утилизацию. Для этого есть ряд причин, одна из них отсутствие универсальных методов расчета и проектирования утилизаторов конденсационного типа. Не было разработано эффективных технологий использования тепла дымовых газов с увеличенной глубиной в которых температура дымовых газов на выходе составила ниже 20 °C. Недостаточно проработаны возможности использования помимо воды другой среды в качестве нагреваемого теплоносителя с целью утилизации тепла. Задача выбора оптимальной глубины утилизации, т.е. температуры охлаждения уходящих газов в утилизаторе. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 5

1 Обзор и анализ литературных источников по проблеме исследования 1.1 Общие сведения Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам и видам топлива. Тем не менее, сегодня у нас большая проблема с рациональным использованием энергии. Это связано с желанием снизить топливную составляющую в стоимости продукции, выпускаемой компанией. Постоянный рост цен на энергоносители в краткосрочной и долгосрочной перспективе заставляет нас задуматься о модернизации существующих агрегатов с целью повышения КПД (коэффициента полезного действия) и, следовательно, сокращения потребления газа и других энергоносителей. На сегодняшний день основными источниками тепла для жилых зданий и сооружений являются районные котельные и теплоэлектростанции, работающие на ископаемом топливе. В настоящее время сложилась не самая лучшая ситуация на рынке в связи с техническим состоянием оборудования и дороговизны природного газа и электричества. Важной задачей является разработка и внедрение недорогих и быстроокупаемых энергосберегающих технологий. В производстве тепловой энергии, как и в любом другом производстве, нужно стремиться к максимально эффективному производству. В котлах одним из способов снижения затрат на производство тепловой энергии является повышение эффективности котла. КПД котлов, работающих на природном газе и мазуте, составляет 85–92% (при расчете по низшей теплоте сгорания топлива). Кроме того, из-за износа оборудования котельные работают с низкой эффективностью. В результате становится актуальной проблема повышения энергоэффективности за счет модернизации котельного МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 6

оборудования или мер по энергосбережению. Повышение КПД котла является одним из способов снижения затрат на производство тепловой энергии. Большинство предприятий образуют высокотемпературные и низкотемпературные тепловые отходы, которые можно использовать в качестве вторичных энергетических ресурсов. К ним относятся газообразные продукты сгорания из различных котлов и технологических печей. Одним из наиболее эффективных способов увеличения КПД помимо экономии топливно-энергетических ресурсов, является использование тепла от дымовых газов. Модернизация методов утилизации тепла для отработанных газов позволит сэкономить затраты на органическое топливо, улучшить экологическую ситуацию в этом районе, сократить выбросы в окружающую среду в виде оксидов азота и углекислого газа. Важным моментом в этой проблеме является то, что потери тепла с дымовыми газами составляют от 16 до 18% при расчете по высшей теплоте сгорания топлива. Используя тепло отходящих газов от теплоагрегатов, можно добиться значительной экономии топлива. При использовании дымовых газов различного происхождения в атмосферу выбрасываются большое количество тепла, а также тысячи тонн газообразных и твердых загрязнителей. Потеря тепла с уходящими газами занимает основное место среди тепловых потерь котла, хотя может быть полезно использовано и увеличить КПД котла до 10%. Такое увеличение вполне реально, поскольку при температурах уходящих газов, которые встречаются как в отечественных, так и в котлах иностранного производства и находятся на уровне (140-200) С, потери тепла с дымовыми газами составляют (16 -18)% (при расчете по высшей теплоте сгорания топлива). Решение конкретной задачи утилизации тепла дымовых газов зависит от ряда факторов, включая наличие загрязняющих веществ (определяется типом сжигаемого топлива и объектом, который нагревается дымовыми газами), наличие потребителя тепла или непосредственно горячей воды. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 7

Один из способов внедрения утилизатора тепла: на участке газохода устанавливается газожидкостный теплообменник, который использует тепло дымовых газов для нагрева жидкого теплоносителя. Нагреваемая среда в будущем может быть либо непосредственно конечным теплоносителем, либо промежуточным агентом, который передает тепло посредством дополнительного теплообменника в другой контур. Принципиальная схема включения утилизатора показана на (рисунке 1.1). Конструкция теплообменника может представлять собой либо обычный поверхностный теплообменник, в котором дымовые газы не контактируют друг с другом, т.е. передача тепла от газов к жидкостям происходит через разделительную стенку, либо контактный теплообменник, в который дымовые газы попадают в прямой контакт с водой, которая распыляется форсунками в их потоке. Рисунок 1.1 – принципиальная схема включения теплоутилизатора Для глубокого охлаждения дымовых газов ниже точки росы до недавнего времени использовались главным образом контактные теплообменники. Использование контактных теплообменников обеспечивает МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 8

развитую поверхность и высокую интенсивность теплообмена, которая на порядок повышает коэффициент теплоотдачи при конвективном теплопереносе. Контактные теплообменники довольно просты, однако вода, нагретая контактным способом, поглощает углекислый газ и кислород из продуктов сгорания и может приобретать коррозионные свойства, которые не оказывают благоприятного влияния на энергетическое оборудование [14,15]. Один из типов контактных теплообменников показан на (рисунке 2). 1 –корпус; 2 - ороситель; 3- отводящий жидкостный патрубок; 4 – газоподводящий патрубок; 5- газоотводящий патрубок; 6 – тарелка с насадками; 7 – каплеуловитель. Рисунок 1.2 - Контактный теплоутилизатор. Контактный теплообменник работает следующим образом. Горячие дымовые газы проходят через патрубок 4 в распределитель, в котором газ МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 9

распределяется через отверстия. Увеличение поперечного сечения отверстий способствует распределению подачи горячего газа по поперечному сечению камеры теплообмена. Холодная вода из оросителя 2 подается равномерно по всему объему корпуса 1. Вода спускается на тарелку с насадкой 6 в виде тонкой пленки и нагревается восходящим потоком горячих дымовых газов. Нагретая вода стекает в нижнюю часть утилизатора и направляется через патрубок 3 на различные нужды. Охлажденный газ проходит через каплеуловитель 7 отсеивая частики жидкости и отводится через газоотводящий патрубок 5. Для предотвращения коррозии, необходимо проводить термическую деаэрацию воды в атмосферных или вакуумных деаэраторах. Необходимость деаэрации нагретой контактной водой в некоторых случаях может усложнить ее использование. Одним из способов преодоления этих трудностей является использование поверхностных конденсирующих теплообменников для глубокого охлаждения отходящих газов. Поверхность теплообмена конденсирующих теплообменников является наиболее развитой по сравнению с классическими экономайзерами, так как в контактных теплообменниках используется большая площадь теплопередающей поверхности на один кубический метр объема устройства [12,18,23]. Коэффициент теплопередачи от уходящих газов к поверхности нагрева при глубокой утилизации тепла, со провождаемый выделением влаги из уходящих газов, значительно больше ко эффициентов конвективного теплообмена и сопоставим с коэффициентами те плопередачи для контактных утилизаторов. Поверхностный теплообменник п оказан на (Рис. 1.3). МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 10

1- Корпус; 2- змеевик; 3 – газоподводящий патрубок; 4- газоотводящий патрубок. Рисунок 1.3- поверхностный теплоутилизатор. Теплоутилизатор уходящих газов поверхностного типа состоит из корп уса I. В средней части корпуса утилизатора установлен змеевик 2. Для более эффективной работы утилизатора поверхностного типа применяют оребренн ые трубы из разных типов материалов. Змеевик представляет собой многочис ленные ряды горизонтально расположенных труб, образующие трубные пучк и, в которых горячие газы отдают часть своего тепла. В нижней части утилиз атора расположен патрубок 3 - для подвода горячих дымовых газов, в верхне части утилизатора расположен - патрубок 4 для выхода остывших уходящих МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 11

газов. Трубы змеевика, расположены в шахматном порядке, изготовлены из м атериала, который не подвергается коррозии, для предотвращения краткосро чной работы. Нижняя часть утилизатора конусообразная для обеспечения луч шего отхода возможно появляющейся влаги. 1.2 Анализ существующих технологий глубокой утилизации тепла В настоящее время тепло уходящих дымовых газов считается важным источником энергии, которое вырабатывается в процессе сжигания топлива, а затем «выбрасывается» в окружающую среду, хотя оно все еще может быть повторно использовано для различных целей. Стратегия утилизации этого тепла частично зависит от температуры уходящих тепловых газов и соответствующей экономической ситуации. Большое количество горячих дымовых газов обычно образуется из котлов. Если бы часть этого отходящего тепла удалось восстановить, то можно было бы сэкономить значительное количество топлива. Энергия, потерянная в отходящих газах, не может быть полностью восстановлена. Однако большая часть тепла может быть использована и потери могут быть сведены к минимуму. В котельных а так же модульных котельных система утилизации уходящих газов может использовать часть дымовых газов для предварительного нагрева питательной воды котла. Кроме того, отработанное тепло можно использовать для нагрева воздуха для горения с помощью воздухоподогревателя. В обоих случаях происходит соответствующее снижение потребности котла в топливе. По данным исследований, при повышении температуры питательной воды через утилизатор или повышение температуры воздуха для горения через воздухоподогреватель в котле происходит значительная экономия топлива [12,25]. На данный момент, МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 12

известно что утилизатор применяется для получения высокой теплоотдачи от отработанных газов котлоагрегата. Поскольку потери тепла отходящими дымовыми газами являются определяющим фактором в энергетической эффективности котла, повторный отбор тепла и конденсация отходящих дымовых газов, что означает практически полный отбор тепла, будут полезны как для окружающей среды, так и для экономики. Эффективность котла имеет большое влияние на систему отопления, которое связано с экономией энергии. Поэтому важно максимально увеличить теплопередачу и минимизировать тепловые потери в котле. Потери тепла из котла могут быть различными, такими как потери тепла с уходящими дымовыми газами, потери радиации и потери при продувке и т.д. Чтобы оптимизировать работу котельной установки, необходимо указать, где могут происходить потери энергии. Значительное количество энергии теряется через уходящие дымовые газы, так как вся теплота, выделяемая горящим топливом, не может быть передана в котле. Поскольку температура уходящего дымового газа, отводимого котлом, обычно колеблется от 150 до 250 °С, через него теряется часть тепловой энергии. Поскольку большая часть тепловых потерь от котла происходит в виде тепла в дымовом газе, то использование этого тепла может привести к существенной экономии энергии. Это свидетельствует о том, что существует огромный потенциал экономии энергии котла за счет минимизации его потерь [21,26]. Котлы, оснащенные утилизаторами, могут иметь общую эффективность, повышающую КПД котла в отдельных случаях даже до 107%. Утилизатор тепла может повысить общую эффективность котельной и осуществить отбор скрытой теплоты конденсации водяных паров, так же повысить рентабельность системы отопления в целом за счет снижения температуры отходящих дымовых газов, что приводит к повышению эффективности от использованного отработанного тепла. Температура дымовых газов котла может быть снижена путем установки утилизатора, охлаждение продуктов сгорания также снижает содержание оксидов азота что положительно МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 13

сказывается на экологии. Система может быть использована на модульных котельных, теплоэлектростанциях больниц, школ, заводов, офисных зданий и различных коммерческих объектов [13,17,27]. В качестве теплообменника могут использоваться теплообменники контактного и поверхностного типов. Теплообменники контактного типа отличаются компактностью, низким содержанием металла и относительно низкой эффективностью. Дымовые газы охлаждаются до 40 °С, при этом 6090% водяного пара конденсаты. Основным недостатком является насыщение нагретой воды углекислым газом, эта вода может вызвать коррозии, что ограничивает его дальнейшее применение. Этого недостатка лишен теплообменник поверхностного типа. С другой стороны, эти устройства более металлоемки. Поверхность нагрева выполняется преимущественно из биметаллических труб с поперечными ребра. Использование поверхностного теплообменника позволяет охлаждать дымовые газы до более низкой температуры. Основная проблема в теплообменнике конденсационного типа связана с вредными воздействиями агрессивный конденсат на поверхности контакта с ним. Образующийся в процессе охлаждения дымовой газ конденсат поглощает О2 и СО2 и приобретает более высокие коррозионные свойства. Это приводит к постепенному разрушение не только теплообменника, но и системы дымохода и дымовой трубы [28]. Поэтому необходимо ограничить охлаждение дымовых газов температурой точки росы или предварительным нагревом газов перед дымоходом. На практике наиболее широко применяется схема с байпасом: одна часть дымовых газов пропускается через теплообменник и второй мимо него. На входе в дымовую трубу оба потока смешиваются, обеспечивая температуру, которая не допускает коррозии. [20,24,29]. На данный момент разработка контактных теплообменников с активной насадкой (KTAH) стала самой популярной в нашей стране. Большим недостатком теплообменников контактного типа является ограничение МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 14

температуры нагрева воды из-за температуры точки росы уходящих дымовых газов и низкого коэффициента осушения. [6, 9,11] В поверхностных теплообменниках теплообмен и конденсация пара происходят на поверхности двух не контактирующих сред. Нагреваемая среда - это обычно холодная вода, используемая для питания сети. Конструкция поверхностных теплообменников представляет собой вертикальный или горизонтальный дымоход со встроенным пакетом горизонтально-ребристых труб. Обычно используемые - это промышленные воздухонагреватели KSK с биметаллическими (сталь-алюминиевыми) трубами. Основная сложность конструкции поверхностных теплообменников заключается в определении коэффициента теплопередачи влажных дымовых газов к стенке поверхности теплообмена при конденсации содержащегося в них водяного пара. До настоящего времени не было разработано универсального метода для расчета коэффициента теплопередачи дымовых газов (или паровоздушной смеси с низким содержанием паров) с конденсацией водяного пара на стенке поверхности теплопередачи. Все известные методы основаны на обработке результатов экспериментальных данных и предлагают зависимости в достаточно узких пределах изменения физических параметров сред. Применимость конкретного метода расчета для функционально аналогичных теплообменников требует анализа и обоснования. Известна многолетняя работа ученых из Московского энергетического института под руководством профессоров А.С. Седлова, А.П. Солодова, Ю.А. Кузма-Кичты [8,10,16]. В диссертации Д.Ю. Бухонова [5,20] приведен обзор и анализ известных методов расчета конденсационных теплообменных установок, их применения для расчета утилизаторов. В работе этих авторов была предложена методика расчета коэффициента теплоотдачи паровоздушной смеси к стенке поверхности теплообмена. Также рассматриваются способы интенсификации процесса теплопередачи путем распыления воды в оребреные трубы и дальнейшей турбулизации потока дымовых газов. Предметом исследования был поверхностный теплообменник МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 15

с горизонтальным пучком оребренных труб из нержавеющей стали. При интенсификации теплообмена с впрыском воды на поверхность труб достигается охлаждение дымовых газов до 42 ° С. Эксперимент проводятся на действующих или лабораторных образцах утилизаторов тепла. На основании результатов исследования выводятся уравнения по принципу подобия и рассчитывают необходимые коэффициенты. Процесс конденсации влаги из дымовых газов подробно рассмотрен в диссертации А. Б. Гаряева, профессора Национального исследовательского университета «Московский энергетический институт». При постановке задач использовались системы дифференциальных уравнений, которые позволяют находить поля распределения температуры, энтальпии, коэффициентов теплопередачи и т.д. на поверхности теплообмена. Обобщение опубликованных данных об использованных теплообменниках показывает, что охлаждение дымовых газов обычно происходит до температуры 35- 45 ° С. Коэффициент осушения не более 0,7. Коэффициент утилизации тоже не высокий. Это связано с использованием воды в качестве нагреваемой среды. Контактные и поверхностные теплообменники, используемые для глубокой утилизации тепла дымовых газов, используют воду для отвода тепла от конденсации водяных паров. При использовании сетевой воды потребителя температура обратной воды должна быть ниже 40 °С, что противоречит общепринятым температурным режимам теплосетей в нашей стране (150/70 °С, 95/70 °С). Такие схемы применимы для низкотемпературных систем отопления. Подогрев воды для нужд ГВС используется редко из-за низких расходов и больших ежедневных неравномерностей. В большинстве установок глубокой утилизации тепла подпиточную воду нагревают от 10 до 40 ° C. [1] Использование воздуха в качестве нагреваемой среды при утилизации тепла от дымовых газов. Глубина утилизации может быть увеличена с помощью другого теплоносителя с отрицательными рабочими температурами, например, холодного воздуха. Зимой отрицательная температура МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 16

устанавливается на большей части территории России. Дымовые газы значительно охлаждаются воздухом [19,30]. Кажется, возможным достичь высокого коэффициента глубины утилизации, который приближается к 1. Как правило, подогрев воздуха с помощью дымовых газов используется для подачи его в печь котла и обеспечения более эффективного процесса сжигания топлива. Известны проекты пластинчатых теплообменников, разработанные московской компанией ООО "ФАСТ ИНЖИНИРИНГ" [2-4]. Несмотря на сложность конструкции спиральной геометрии оребренных пластин, ряд российских машиностроительных заводов наладили их производство. Такие теплообменники можно использовать, в частности, для нагрева воздуха дымовыми газами. В Харьковском политехническом институте сотрудники под руководством профессоров А. Ефимова и Гончаренко Л. В. Рассмотрена возможность использования аналогичной конструкции теплообменников в качестве конденсационного утилизатора тепла дымовых газов [7]. Разработан метод теплового расчета и расчета конденсационного воздухоподогревателя пластинчатого типа, который является частью системы теплоутилизации «котел - теплоутилизатор». Общей характеристикой всех установоок для глубокого использования тепла уходящих газов является то, что основная часть водяного пара конденнсируется и, следовательно, содержание влаги уменьшается, но на выходе из утилизатора относительная влажность дымовых газов близка к 100%. Это неизбежно приведет к дальнейшей конденсации водяного пара в дымовой трубе и дымоходах. Чтобы этого не случилось, уходящие газы должны быть нагреты. Самый простой и самый распространенный способ нагрева - это обход части исходного уходящего газа за теплообменником и подмешивание его с высушенным уходящим газом, что снижает эффективность нагревание высушенных использования. паров с Другой метод: исходными в рекуперация поверхностном теплообменнике. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 17

1.3 Методика расчета утилизатора тепла уходящих газов Для начала необходимо определить объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. м3 3 теоретический объем воздуха, м , необходимого для 1. Определяем полного сгорания топлива:   n  Vвo  0,0478  0,5CO  0,5H 2  0,5H 2 S    m  Cm H n  O2  4   , (1.1) где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода. м3 3 2. Определяем теоретический объем азота в продуктах сгорания, м : VNo2  0,79 Vвo  N2 100 , (1.2) м3 3 3. Определяем объем трехатомных газов, м ; VRO2  0,01 CO2  CO  H 2 S   mCm H n  , МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (1.3) Лист 18

м3 3 4. Определяем теоретический объем водяных паров, м : n   VHO2  0,01  H 2 S  H 2   Cm H n  0,124  d г.тл   0,0161 V o 2   , (1.4) 5. Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах равен  ух  1,20 6. Определяем коэффициент избытка воздуха в утилизаторе  у   ух , (1.5) м3 3 7. Определяем объем избыточного воздуха, м : в Vизб  V о   у  1 , (1.6) м3 3 8. Определяем действительный объем водяных паров, м : VHO2  VHo2O  0,0161  у 1V o , (1.7) м3 3 9. Определяем действительный суммарный объем продуктов сгорания, м : в Vr  VRO2  VNo2  VH2O  Vизб , МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (1.8) Лист 19

10. Массовый расход влажных газов, кг м3 , определяется по формуле: Gr  rc. min  1,306  у V o  rc. min 103 11. Массовый расход сухих газов, кг м3 (1.9) , определяется по формуле: в Grс  1,96 VRO2  1,25 VNo2  1,293Vизб , 12. Определяем влагосодержание газов на входе, d  , (1.10) кг кг  с.г. : Gr  Grc Grc , (1.11) 13. Объемная доля водяных паров на входе rH 2O  VH 2 0 Vr , 14. Определяем плотность дымовых газов,  ro  (1.12) кг м3 : Gr Vr , МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (1.13) Лист 20

15. Парциальное давление водяных паров, мм. рт.ст. , на входе определяется по формуле:  Н О  745 rH O 2 16. Вычисляем энтальпию, 2 , кДж м 3 , теоретического (1.14) объема воздуха для двух значений температур 100 и 200 °С: I во  V o cvв , (1.15) 17. Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур, кДж м3 : I го  VRO2 cvRO2  VNo2 cvN2  VH2O cvH2O , (1.16) где cυ, (cυ)H20 – энтальпии 1 м3 трехатомных газов, теоретического объема азота, теоретического объема водяных паров, кДж/м3; VRO2, V0N2, V0H2O - объемы трехатомных газов, теоретический объем азота и водяного пара,м3/м3. 18. Определяем энтальпию избыточного количества воздуха, в I изб   у 1I во кДж м3 : , 19. Определяем энтальпию продуктов сгорания, (1.17) кДж м3 : в I  I го  I изб , МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (1.18) Лист 21

Далее определяем тепловой баланс установки. Температура газов на входе в установку 𝜈 ′ °С. Температура газов на выходе принимается равной 𝜈 ′′ °С. Влагосодержание газов на входе равен кг 𝑑 ′ кг  с.г. . Точка росы дымовых газов 𝜈𝑝 °С. Энтальпии газов с учетом конденсации водяных паров: в точке росы кДж 𝐼𝑝𝑤 кг  с.г на выходе из калориферов первая ступень расход 𝐺в1 кг с кДж кг  с.г . Параметры сырой воды: , температура на входе 𝑡 ′ °С; температура на выходе(максимальная) 𝑡 ′′ °С; вторая ступень расход входе 𝑡 ′ °С; температура на кг 𝐺в1 с , температура на выходе(максимальная) 𝑡 ′′ °С. Коэффициент сохранения теплоты 𝜑. 1. Скрытая теплота конденсации водяных паров, кДж кг  с.г. , при охлаждении дымовых газов от точки росы до температуры на выходе из утилизатора в расчете на 1 м3 газообразного топлива определяется по формуле:   w I w  I pw  I вых  Grc , (1.19) w w где I p и I вых - энтальпии дымовых газов с учетом скрытой теплоты парообразования при температурах  р и   , кДж/кгс.г., находятся по I-dдиаграмме продуктов сгорания природного газа. 2. Теплота, воспринятая нагреваемой средой в теплоутилизаторе по балансу, равняется сумме теплоты, полученной каждым теплоносителем в каждой ступени, кДж м3 : МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 22

i n Qб   G c t   t   i l i i i Bp i , (1.20) где Gi , ci , t , t  – соответственно расход, теплоемкость, входные и выходные температуры теплоносителя. 3. Энтальпии газов без учета конденсации Н2О - на входе I’ = 3655,42 кДж/м3 - в точке росы Iр= 1080 кДж/м3 4. Теплота, отданная дымовыми газами в теплоутилизаторе по балансу, рассчитывается как сумма теплоты физического охлаждения газов до точки росы и скрытой теплоты конденсации водяных паров при дальнейшем охлаждении продуктов сгорания до температуры на выходе из утилизатора, кДж/м3:  Qб  g n    I   I p  I w , (1.21) где  – коэффициент сохранения теплоты, учитывающий его потери в окружающую среду, условно может быть принят таким же, как при тепловом расчете котлоагрегата; I  и I p – энтальпии продуктов сгорания без учета скрытой теплоты парообразования (по низшей теплоте сгорания) при температуре газов на входе в утилизатор и в точке росы, кДж/м3. 5. Тепловая мощность, МВт, (теплопроизводительность) теплоутилизатора равна Q у  1,18  B p  Qб ,10 3 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (1.22) Лист 23

6. Повышение КПД котлоагрегата, %, по низшей теплоте сгорания за счет установки теплоутилизатора:  k .a  103  Q y B  QHc , (1.23) 7. Экономия природного газа при расчетной (плановой) тепловой м3 нагрузи и теплопроизводительности, год B  Qгод  bуд.  к.а , (1.24) кг 8. Расход, ч , (приход) сконденсировавшихся паров Н2О из дымовых газов определяется по формуле[15] Gk  d   d Grc B , (1.25) 1.4 Пути развития В настоящее время ситуация существенно изменилась, и глубокое охлаждение дымовых газов стало экономически целесообразным из-за резкого роста цен на топливо и тепло и появления более совершенных конструкций металлических теплообменников, в частности биметаллических теплообменников. При всей привлекательности использования контактных теплообменников при утилизации теплоты уходящих газов котлов основной недостаток установок - поглощение водой из продуктов сгорания углекислоты и кислорода и приобретение ею, таким образом, коррозионно-агрессивных МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 24

свойств - сдерживает широкое применение таких теплообменников. Для нормальной работы установок необходимо проводить декарбонизацию, деаэрацию воды, что в ряде случаев затрудняет использование орошающей воды. В связи с конденсационных этим внимание поверхностей обращается нагрева. на использование Поверхность теплообмена конденсационных поверхностей нагрева значительно более развита по сравнению с обычными экономайзерами. Конденсационные теплообменники имеют также высокий КПД, как и контактные теплообменники, но являются более металлоемкими конструкциями. В то же время отсутствие непосредственного контакта между продуктами сгорания и нагреваемой водой делает их предпочтительными с точки зрения качества подогреваемой воды. В настоящее время для целей утилизации теплоты в процессах вентиляции и промышленностью кондиционирования разработаны биметаллические теплообменники, и выпускаются представляющие собой ряд труб с насаженными на них ребрами из сплава алюминия. Алюминий имеет высокую теплопроводность и антикоррозионные свойства, что позволяет использовать его в конденсационных процессах теплообмена. Для обеспечения бескоррозионной работы газоходов и дымовой трубы необходимо обеспечить подсушку уходящих дымовых газов. Для этой цели часть дымовых газов по байпасному газоходу перепускается мимо утилизаторов. Развитие в утилизации тепла не стоит на месте и раньше металлические экономайзеры за котлами проектировались исходя из условия охлаждения в них дымовых газов до температуры 140...150°С. Это было обусловлено в основном двумя обстоятельствами: - технико-экономической нецелесообразностью более глубокого охлаждения газов при имевшем место соотношении цен на топливо и металл; - возможностью коррозии теплообменных поверхностей выпадающим конденсатом при охлаждении газов до температуры ниже точки росы. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 25

1.5 Цель и задачи исследования Проведенный обзор и анализ литературных источников позволил сформулировать цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является повышение интенсификации теплопередачи в двухступенчатом теплоутилизаторе за счет создания импульсного режима в гидравлическом контуре. Задачи исследования: - провести обзор наиболее известных систем утилизации тепла уходящих газов котельных и сделать анализ эффективности их теплопередачи; - разработать схему систем утилизации тепла уходящих газов котельной с двухступенчатым теплоутилизатором; - смонтировать гидравлическую обвязку контуров теплоутилизатора и проверить их работоспособность; - разработать математическую модель контура с двухступенчатого теплоутилизатором в виде энергетической цепи и провести моделирование гидродинамики процессов; - провести сравнительные гидравлические и тепловые испытания двухступенчатого теплоутилизатора для установившегося и импульсного режима в котельной учебного корпуса №23, получить результаты и оценить их эффективность. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 26

2 Теоретические предпосылки Для исследования сложных динамических систем наиболее успешно применяются энергетические цепи, которые отличаются от передаточных функций тем что их параметры являются физическими величинами (масса, сопротивление т.д.) Дифференциальные уравнения могут быть представлены, как в обычном виде, так и на приращениях. Решением энергетических цепей являются, как правило частотные функции (АЧХ и ФЧХ). Причем решение можно получить, как в начале, так и в конце цепи. Единственным недостатком данного метода является необходимость линеризации уравнений при переходе на изображения с помощью преобразования Лапласа. 2.1 Энергетическая цепь Интенсификация теплопередачи в двухступенчатом теплоутилизаторе осуществляется за счёт импульсного режима в гидравлическом контуре. Для этого в схему теплоутилизатора перед первой ступенью устанавливается ударный узел (УУ). Он будет периодически прерывать поток теплоносителя, при этом и расход 𝑉 и давление 𝑃 в контуре будут изменены импульсно. Энергетическая цепь такого контура (рисунке 2.1) будет включать: УУ; активные сопротивления ступеней 𝑟1 , 𝑟2 ; массы воды в ступень 𝑚1 , 𝑚2 ; податливости (величины обратные упругости) 𝑙1 , 𝑙2 теплоутилизатора. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 27

Рисунок 2.1 – ЭЦ контуры. Уравнение звеньев цепи при закрытии клапана УУ: 𝑃 = 𝑟1 𝑉 1 − 𝑚1 𝑉̇ + 𝑟2 𝑉12 − 𝑚2 𝑉1̇ + 𝑃4 , { 𝑉 = 𝑙1 𝑃2̇ + 𝑙2 𝑃4 + 𝑉2 . (2.1) Применяем уравнение (2.2) относительно выхода: 𝑃 = 𝑃 − 𝑟1 𝑉2 + 𝑚1 𝑉̇ − 𝑟2 𝑉12 + 𝑚2 𝑉1̇ , { 4 𝑉2 = 𝑉 − 𝑙1 𝑃2̇ − 𝑙2 𝑃4̇ . (2.2) Представим входные переменные давление 𝑃 и объемный расход 𝑉 в виде: 𝑃 = 𝑃0 + 𝑃̅, 𝑉 = 𝑉0 + 𝑉̅ . МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 28

Запишем уравнение до 𝑃2 : 𝑃2 = 𝑃 − 𝑟1 𝑉 2 + 𝑚1 𝑉̅̇ (2.3) Произведение 𝑃2 , предварительно заменив: 𝑉 2 = (𝑉0 + 𝑉̅ ) ≈ 𝑉02 + 2𝑉0 𝑉̅ , 𝑃̅2̇ = 𝑃̅̇ − 𝑟1 2𝑉0 𝑉̅̇ + 𝑚1 𝑉̅̈ = 𝑃̅̇ − 2𝑟1 𝑉0 𝑉̅̇ + 𝑚1 𝑉̅̈ Далее заменим давление на 𝑉1 𝑉1 = 𝑉 − 𝑙1 𝑃̅2̇ = 𝑉0 + 𝑉̅ − 𝑙1 𝑃̅̇ − 2𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̇ + 𝑙1 𝑚1 𝑉̅̈ . (2.4) Производное на 𝑉̅1̇ ⃛ ̅ 𝑉̅1̇ = 𝑉̅̇ − 𝑙1 𝑃̅̈ − 2𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̈ + 𝑙1 𝑚1 𝑉 (2.5) Реализуем 𝑉12 2 𝑉1 = [(𝑉̅ − 𝑙1 𝑃̅̇ − 2𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̇ + 𝑙1 𝑚1 𝑉̅̈ ) + 𝑉0 ] ≈ (2.6) ≈ 𝑉02 + 2𝑉0 𝑉̅ − 2𝑉0 𝑙1 𝑃̅̇ − 2𝑉02 𝑙1 𝑟1 𝑉̅̇ + 2𝑉0 𝑙1 𝑚1 𝑉̅̈ Подставим (2.5) и (2.6) в первое уравнение (2.2) 𝑃4 = 𝑃0 + 𝑃̅ − 𝑟1 𝑉0 − 2𝑟1 𝑉0 𝑉̅ − 𝑚1 𝑉̅̇ − 𝑟2 𝑉02 − 2𝑟2 𝑉0 𝑉̅ + +2𝑟1 𝑉0 𝑙1 𝑃̅̇ + 4𝑟2 𝑉02 𝑙1 𝑟1 𝑉̅̇ − 2𝑟2 𝑉0 𝑙1 𝑚1 𝑉̅̈ + 𝑚2 𝑉̅̇ − 𝑚2 𝑙1 𝑃̅̈ − 2𝑚2 𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̈ + ⃛ ⃛ ̅ = 𝑚1 𝑚2 𝑙1 𝑉 ̅ − 2𝑚2 𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̈ + (𝑚2 − 𝑚1 + 4𝑟2 𝑉02 𝑙1 𝑟1 )𝑉̅̇ − +𝑚2 𝑚1 𝑙1 𝑉 ⃛ ̅− −(2𝑟1 𝑉0 + 2𝑟2 𝑉0 )𝑉̅ − 𝑟1 𝑉02 − 𝑚2 𝑙1 𝑃̅̈ + 2𝑟2 𝑉0 𝑙1 𝑃̅̇ + 𝑃̅ + 𝑃0 = 𝑚1 𝑚2 𝑙1 𝑉 −2𝑚2 𝑙1 𝑟1 𝑉0 𝑉̅̈ + (𝑚2 − 𝑚1 + +4𝑟2 𝑉02 𝑙1 𝑟1 )𝑉̅̇ − (2𝑟1 𝑉0 + 2𝑟2 𝑉0 )𝑉̅ − −𝑟1 𝑉02 − 𝑚2 𝑙1 𝑃̅̈ + 2𝑟2 𝑉0 𝑙1 𝑃̅̇ + 𝑃̅ + 𝑃0 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата (2.7) Лист 29

Представим (2.7) в более компактом виде ⃛ ̅ − 𝑎2 𝑉̅̈ + 𝑎3 𝑉̅̇ − 𝑎4 𝑉̅ − 𝑎5 − 𝑏1 𝑃̅̈ + 𝑏2 𝑃̅̇ + 1 + 𝑃0 𝑎1 𝑉 (2.8) Уравнение (2.8) на изображении: (𝑎1 𝑠 3 − 𝑎2 𝑠 2 + 𝑎3 𝑠 − 𝑎4 )𝒱(𝑠) = (𝑏1 𝑠 2 − 𝑏2 𝑠 − 1)𝑃(𝑠) (2.9) Значение коэффициентов в (2.7) 𝑎1 = 𝑚1 𝑚2 𝑙1 , 𝑎2 = 2𝑚2 𝑙1 𝑟1 𝑉0 , 𝑎3 = 𝑚2 − 𝑚1 + 4𝑟2 𝑉02 𝑙1 𝑟1 , 𝑎4 = 2𝑟1 𝑉0 + 2𝑟2 𝑉0 , 𝑏1 = 𝑚2 𝑏1 , 𝑏2 = 2𝑟2 𝑉0 𝑙1 . Комплексное сопротивление в цепи: 𝑓(𝑠) = 𝑃(𝑠) 𝑉(𝑠) = 𝑎1 𝑠 3 −𝑎2 𝑠 2 +𝑎3 𝑠−𝑎4 𝑏1 𝑠 2 −𝑏2 𝑠−1 (2.10) Частотная функция цепи (заменой 𝑠 → 𝑗Ω, Ω - круговая частота, j- мнимая единица, 𝑗 2 = −1) 𝑓(𝑗Ω) = 𝑎1 𝑗Ω3 +𝑎2 Ω2 +𝑎3 𝑗Ω−𝑎4 −𝑏1 Ω2 −𝑏2 𝑗Ω−1 (2.11) Разделим (2.11) на действенную 𝑅𝑒(𝑗Ω) и мнимую I𝑚(𝑗Ω) части: 𝑓(𝑗Ω) = = (−𝑎1𝑗Ω3 + 𝑎2 Ω2 + 𝑎3 𝑗Ω − 𝑎4 )[(−𝑏1 Ω2 − 1) + 𝑏2 𝑗Ω] = [(−𝑏1 Ω2 − 1) − 𝑏2 𝑗Ω][(−𝑏1 Ω2 − 1) + 𝑏2 𝑗Ω] 𝑎1 𝑏1 𝑗Ω5 + 𝑎1 𝑗Ω3 + 𝑎1 𝑏2 Ω4 − 𝑎2 𝑏1 Ω4 − 𝑎2 Ω2 + 𝑎2 𝑏2 𝑗Ω3 − 𝑎3 𝑏1 𝑗Ω3 − 𝑎3 𝑗Ω − 𝑎3 𝑏2 Ω2 + 𝑎4 𝑏1 Ω2 + 𝑎4 − 𝑎4 𝑏2 𝑗Ω = (−𝑏1 Ω2 − 1)2 + 𝑏22 Ω2 = 𝑎1 𝑏1 𝑗Ω5 + (𝑎1 𝑏2 − 𝑎2 𝑏1 )Ω4 + (𝑎1 + 𝑎2 𝑏2 − 𝑎3 𝑏1 )𝑗Ω3 + (𝑎4 𝑏1 − 𝑎2 − 𝑎3 𝑏2 )Ω2 − (𝑎3 + 𝑎4 𝑏2 )𝑗Ω + 𝑎4 (−𝑏1 Ω2 − 1)2 + 𝑏22 Ω2 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 30

Действительная часть частотной функции: 𝑅𝑒(𝑗Ω) = (𝑎1 𝑏2 −𝑎2 𝑏1 )Ω4 +(𝑎4 𝑏1 −𝑎2 −𝑎3 𝑏2 )Ω2 +𝑎4 (2.12) (−𝑏1 Ω2 −1)2 +𝑏22 Ω2 Мнимая часть частотной функции: 𝐼𝑚(𝑗Ω) = 𝑎1 𝑏1 Ω5 +(𝑎1 +𝑎2 𝑏2 −𝑎3 𝑏1 )Ω3 −(𝑎3 +𝑎4 𝑏2 )Ω (−𝑏1 Ω2 −1)2 +𝑏22 Ω2 𝑗 (2.13) Амплитудно- частотная характеристика цепи (АЧХ): 𝐴(𝑗Ω) = √𝑅𝑒(𝑗Ω)2 + 𝐼𝑚(𝑗Ω)2 (2.14) Фазочастотная характеристика цепи: 𝜑(𝑗Ω) = −𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝐼𝑚(𝑗Ω) (2.15) 𝑅𝑒(𝑗Ω) 2.2 Алгоритм построение частотных характеристик Алгоритм построение частотных характеристик цепи (АЧХ и ФЧХ) 1. Задаются значениями параметров цепи: 𝑟1 = 0,1𝑃0 𝑉02 = 0,1∙300 12 = 30 кПа с2 𝜆2 , 𝑚1 = 20 кг , 𝑙1 = ∆𝑉 0,2 ∙ 𝑉0 0,2 ∙ 1 𝜆 = = = 0,00022 , ∆𝑃2 900 900 Па МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 31

Пусть в базовом варианте: кПа с2 𝑟1 = 𝑟2 = 30 ; 𝜆2 𝑚1 = 𝑚2 = 20 кг ; 𝑙1 = 𝑙2 = 0,00022 𝜆 Па . 𝒱0 = 0,1𝑉0 = 0,1 𝜆 2. Рассчитываются значения коэффициентов: 𝑎1 = 𝑚1 𝑚2 𝑙1 = = 20 ∙ 20 ∙ 0,00022 = 0,088 ; 𝑎2 = 2𝑚2 𝑙1 𝑟1 𝑉0 = = 2 ∙ 20 ∙ 0,00022 ∙ 30 ∙ 0,1 = 0,0264 ; 𝑎3 = 𝑚2 − 𝑚1 + 4𝑟2 𝑉02 𝑙1 𝑟1 = = 20 − 20 + 4 ∙ 30 ∙ 0,1 ∙ 0,00022 ∙ 30 = 0,0792 ; 𝑎4 = 2𝑟1 𝑉0 + 2𝑟2 𝑉0 = = 2 ∙ 30 ∙ 0,1 + 2 ∙ 30 ∙ 0,1 = 12 ; 𝑏1 = 𝑚2 𝑙1 = 20 ∙ 0,00022 = 0,0044 ; 𝑏2 = 2𝑟1 𝑉0 𝑙1 = 2 ∙ 30 ∙ 0,1 ∙ 0,00022 = 0,00132 . 3. Задаются зоной изменения круговой частоты Ω = 0,5 ÷ 5 рад/с Определяют 𝑅𝑒(𝑗Ω) и 𝐼𝑚(𝑗Ω) по (2.12) и (2.13); АЧХ и ФЧХ по формулам (2.14), (2.15) вначале при Ω = 0,5 и т.д, и заносят в таблицу 2.2. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 32

Таблица 2.2 - частотные характеристики. Значения коэффициентов Ω рад/с a1 a2 0,5 0,088 0,0264 1 0,088 1,5 a3 a4 b1 Re(jΩ) Im(jΩ) A(jΩ) ф(jΩ) b2 V0 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,9804 -0,0364 11,9804 0,0030 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,9236 -0,0061 11,9236 0,0005 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,8362 0,1591 11,8373 -0,0134 2 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,7290 0,5303 11,7410 -0,0452 2,5 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,6168 1,1829 11,6769 -0,1015 3 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,5187 2,1978 11,7265 -0,1885 3,5 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,4573 3,6635 12,0287 -0,3095 4 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,4592 5,6766 12,7882 -0,4599 4,5 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,5544 8,3444 14,2525 -0,6255 5 0,088 0,0264 0,0792 12 0,0044 0,0013 0,1 11,7763 11,7852 16,6605 -0,7858 4.Строят графики 𝐴(𝑗Ω) = 𝑓(Ω) (Рисунок 2.2) и 𝜑(𝑗Ω) = 𝑓(Ω) (Рисунок 2.3) А (jΩ) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Ω рад/с Рисунок 2.2 – график 𝐴(𝑗Ω) = 𝑓(Ω) МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 33

Как видно из рисунка 2.2 амплитуда приращения давления к расходу до частоты 0.5 Гц не меняется, а затем начинает плавно возрастать, при этом фаза расхода является отрицательной. ф(jΩ) 0,1 0 -0,1 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Ω рад\с -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 Рисунок 2.3 – график 𝜑(𝑗Ω) = 𝑓(Ω) 5. Изменяют начальные параметры: 𝑟1 , 𝑟2 , 𝑚1 , 𝑚2 , 𝑙1 , 𝑙2 , 𝑉0 так, чтобы амплитуда 𝐴(𝑗Ω) на графике стала выше. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 34

3 Описание экспериментальной установки 3.1 Разработка схемы экспериментальной установки Тепловая схема котельной корпуса №23 до установки теплоутилизатора, работает следующим образом, тепловая энергия, произведенная котлами №1 и №2 при сжигании топлива, насосами котлового контура подается в гидравлический гидрораспределитель, далее теплоноситель по подающему трубопроводу разделяется на два контура: контур отопления и контур ГВС). Сетевыми насосами теплноситель через смесительный трехходовый клапан, направляется в систему отопления здания при этом смесительный клапан осуществляет качественное регулирование в зависимости от погодных условий. В контуре ГВС теплоноситель откачивается циркуляционным насосом через смесительный трехходовый клапан и поступает в пластинчатый теплообменник. При разработке экспериментальной установки была предложена тепловая схема котельной с теплоутилизатором уходящих газов. Дымовые газы от каждого котлоагрегата через отдельные газоходы, включающие в себя шиибера для регулировки расхода уходящих газов, заходят в теплотутилизатор, что позволяет частично или в полном объеме подавать уходящие газы от котлоагрегатов №1 и №2 в теплоутилизатор, как от одного так и одновременно от двух котлоагрегатов при этом сохраняются аэродинамические показатели параметров газового тракта. Функциональная схема экспериментальной установки показана на рисунке 3.1-3.2. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 35

Рисунок 3.1-Функциональная схема экспериментальной установки Представленная на рисунке 3.1 функциональная схема экспериментальной установки в составе теплоутилизатора уходящих газов исследуется в следующих режимах: - режим при котором циркуляция промежуточного теплоносителя (охладителя) осуществляется насосом при этом расход теплоносителя можно изменять изменяя ступень регулирования; - режим работы утилизации тепла дымовых газов от одного теплогенератора и от двух при этом каждый теплогенератор может работать на двух ступенях горения. Во всех реежимах экспериментальная установка работает следующим образом. Теплоноситель насосом 2 от обратного трубопровода подается МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 36

последовательно на вторую а затем в первую ступень утилизатора 1, при этом нагретый теплоноситель возвращается в гидравлический распределитель 7. Во время работы установки осуществляется непрерывный автоматический контроль основных параметров таких как температура, расход, давление теплоносителя до и после в т.1, 2 подача теплоносителя с температурой теплоносителя обратного трубопровода системы отопления корпуса во вторую ступень обеспечивает глубокую утилизацию (конденсацию) дымовых газов. В первой ступени осуществляется охлаждение дымовых газов до температуры близкой точки росы. Экспериментальная установка представляет собой: 1 - действующий теплоутилизатор уходящих газов установленный на действующей модульной котельной корпуса №23 МГУ имени Н. П. Огарева; 2 - расходомер; 3-насосы. Основными задачами, решаемыми при помощи экспериментальной установки, явились: – проверка адекватности разработанной математической модели теплопередачи в системе теплоутилизатора; – экспериментальная проверка гидравлической и энергетической эффективности работы разработанного теплоутилизатора. 3.2 Характеристика устройств и агрегатов, входящих в экспериментальную установку Основным агрегатом входящий в экспериментальную установку являет утилизатор тепла дымовых газов (рисунок 3.2). Рекуперативный теплообменный аппарат расчетной мощностью 60-80 кВт выполнен в виде двух секционного кожухотрубчатого с размещенными во внутри перегородками, газоходами и заверителями способствующие интенсификации теплопередачи от газов к стенке трубопроводной поверхности. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 37

Рисунок 3.2 – Общий вид экспериментального теплообменника – утилизатора Рисунок 3.3 – Циркуляционный насос Wilo TOP – S 25/10 Циркуляционный насос Wilo TOP – S 25/10 применяемая для циркуляции теплоносителя в контуре утилизатора современный МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 38

высокотехнологичный насос, который может применятся в системах отопления и горячего водоснабжения, установках контроля климата, промышленных циркуляционных установках и технологических процессах. Технические характеристики Wilo TOP – S 25/10: напор до 10 м; подача да 10,5 м3/час; номинальная мощность двигателя – 0,18 кВт; максимальная температура перекачиваемой жидкости до +130 °С; стандартное исполнение насоса рассчитано на давление PN 10; непрерывный режим работы – класса S1. 3.3 Система сбора данный Для обработки и сбора информации была собрана система сбора и обработки данных включающая в себя следующие узлы: персональный компьютер РС iRU Home 510 i5-3330/8Gb/1Tb/Gf610 (рисунок 3.4), с установленными лицензионными программами, аналого-цифровая плата Е14440, согласующие устройство (блок шунтов), блок питания датчиков, датчиков температуры и расхода. Рисунок 3.4 – Персональный компьютер МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 39

Для организации обмена информацией между согласующим устройством и персональным компьютером применялся модуль АЦП/ЦАП Е14-440 производства ЗАО «Л-КАРД». Модуль АЦП/ЦАП Е14-440 рисунок 3.5 является быстродействующим и надежным устройством для ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации в персональных компьютер. Модуль АЦП/ЦАП Е14-440 устанавливается на шину PCI, обеспечивающую ввод аналоговых сигналов мегагерцового диапазона и ввод/вывод цифровых сигналов. Рисунок 3.5 – Аналого-цифровая плата Е14-440 На плате установлен цифровой сигнальный процессор ADSP-2185M для управления вводом/выводом сигналов и обменом информацией с ПК. Переключение каналов при многоканальном режиме сбора данных автоматическое, с произвольным порядком выборки канала и коэффициента усиления, доступна возможность генерация прерываний по заполнению части FIFO-буфера. Ввод данных с АЦП может осуществляться в трех режимах: программном, генерации прерываний, прямого доступа к памяти. Согласующее устройство (блок шунтов) представленное на рисунке 3.6 является многофункциональным. Оно используется для согласования и ввода в ПК соответствующих сигналов от следующих датчиков в системе МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 40

теплоснабжения: расхода теплоносителя через теплоутилизатор уходящих газов; температуры на входе теплоутилизатора уходящих газов; температуры на выходе теплоутилизатора уходящих газов. Рисунок 3.6 – Система сбора данных Основным назначением модулей является усиление, преобразование в цифровой код и ввод в управляющий компьютер или контроллер измеренных значений температуры, тока или напряжения, поступающего от устройств нормализации сигналов или непосредственно от разнообразных датчиков. Для работы с токовыми сигналами параллельно входам модуля подключают прецизионный резистор сопротивлением 125 или 250 Ом или модуль NL-8CS, содержащий в своем составе 8 аналогичных резисторов. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 41

Принцип действия ТПС основан на зависимости электрического сопротивления материала чувствительного элемента от температуры. Резистор чувствительного элемента выполнен напылением или в виде спирали из платиновой проволоки и помещен в защитную оболочку. Рисунок 3.7 – Термопреобразователь сопротивления Измерение расхода жидкости (теплоносителя) в гидравлической сети осуществлялось с помощью электромагнитного расходомера-счетчика электромагнитного ВЗЛЕТ ЭРСВ - 540Ф Ду25, производства ЗАО «Взлет» (г. Санкт - Петербург), представленного на рисунке 3.8. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 42

Рисунок 3.8 – Электромагнитный расходомер ВЗЛЕТ ЭРСВ - 5540Ф Ду25 Преобразователь расхода «ВЗЛЕТ ЭРСВ - 540Ф» обладает возможностью вывода информации: в виде импульсов с нормированным весом на 2 универсальных выхода (частотный выход на тепловычислитель); в виде нормированного токового сигнала (с помощью адаптера токового выхода ВЗЛЕТ АТ). МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 43

Рисунок 3.9 – Электронный корректор объема газа ЕК260 Корректор объема газа ЕК260 предназначен для приведения рабочего объема газа, прошедшего через счетчик, к стандартным условиям (давления – 760 мм. рт. ст., температура газа +20°С) путем вычисления коэффициента сжимаемости газа по ГОСТ 30319.2 и коэффициента коррекции с использованием измеренных значений давления, температуры и введенных параметров газа. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 44

4 Методики планирования эксперимента, результаты экспериментальных исследований Для того чтобы исследовать эффективность введения в тепловую схему котельной с теплоутилизатором уходящих газов, была разработана методика проведения эксперимента, которая включала в себя выполнение следующих этапов: 1. Проведение пробных испытаний на функционирование отдельных элементов при работе в режиме частичной нагрузки теплоутилизатора уходящих газов для проверки аэродинамических характеристик газового тракта; 2. Проведение эксперимента в разных режимах работы котельной с погодным регулированием: при работе одного котлоагрегата и двух котлоаграгатов. Проведение пробных испытаний потвердило готовность экспериментальной установки. При стабильном росте объема дымовых газов, через газоходы и теплоутилизатор обеспечивается необходимая пропускная способность. Падение давления дымовых газов не влияет на работу котлоагрегатов. Результаты экспериментальных исследований параметров (расход, давление, температура) теплоносителя в контуре с установленным теплообменником при расчетном максимальном расходе теплоносителя представлен в таблице 4.1 и рисунке 4.1-4.2. График изменения температуры дымовых газов на входе (выходе из котла) и выходе из теплообменника утилизатора представлены на рисунке 4.3. Оценка производительности котлоагрегатов осуществляется с применением результатов одновременных измерений температур теплоносителя в подающем и обратных трубопроводах и результатов ранее проводимых измерений расхода теплоносителя. График температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах котла (в работе находился один котел) приведен на рис.4.4. График тепловой мощности котла и утилизатора за одинаковый период времени приведен на рисунке 4.5. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 45

Таблица 4.1- Результаты экспериментальных исследований на входе УТ на выходе УТ Темпер. дымовых газов, °С на входе Давление, МПа на на на выходе входе выходе Температура теплоносителя, °С на на входе в выходе в котлоагрегат котлоагрегата 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,53 38,82 41,11 185,45 46,20 0,29 0,23 39,95 47,21 6,75 90,27 3,07 38,97 40,97 183,94 46,27 0,28 0,24 40,10 47,14 7,14 87,59 2,66 38,82 41,11 179,85 46,13 0,29 0,30 40,24 47,21 7,09 86,69 2,10 38,75 41,04 183,15 46,27 0,29 0,25 40,10 47,28 5,60 89,37 2,08 38,75 40,97 183,58 46,13 0,29 0,24 39,52 47,28 5,37 96,53 2,33 38,82 41,11 184,16 46,27 0,27 0,23 39,95 47,35 6,19 92,06 2,34 38,82 41,04 186,89 46,27 0,27 0,25 40,10 47,28 6,04 89,37 2,58 38,82 41,04 185,81 46,20 0,29 0,24 40,24 47,21 6,65 86,69 2,50 38,90 41,04 185,52 46,42 0,28 0,24 40,10 47,35 6,23 90,27 2,40 38,75 40,97 191,41 35,29 0,30 0,23 39,95 48,21 6,19 102,79 2,28 38,68 41,04 187,39 28,39 0,29 0,24 39,95 48,21 6,27 102,79 2,71 38,82 40,97 194,93 33,49 0,28 0,24 40,10 48,21 6,78 101,00 2,45 38,97 40,97 190,19 44,33 0,30 0,24 40,24 48,07 5,72 97,41 2,68 39,04 41,11 188,25 44,62 0,29 0,23 40,10 48,21 6,46 101,00 2,15 39,04 41,04 190,26 34,06 0,29 0,24 39,45 48,21 5,00 109,05 2,81 38,39 41,04 204,49 40,38 0,29 0,23 36,22 48,14 8,65 148,37 2,34 39,40 41,19 189,12 45,63 0,31 0,24 33,78 48,14 4,87 178,76 3,27 38,97 40,90 199,03 45,84 0,25 0,23 39,81 44,98 7,34 64,35 3,19 39,04 40,76 189,83 42,47 0,29 0,27 39,31 43,62 6,37 53,62 3,17 38,97 41,11 193,28 44,41 0,29 0,26 39,31 48,21 7,91 110,83 3,22 39,25 40,90 189,76 46,13 0,27 0,27 39,38 48,21 6,17 109,93 3,47 39,33 40,83 190,91 43,90 0,26 0,25 39,16 48,21 6,05 112,62 2,07 38,68 40,90 199,31 46,27 0,26 0,22 39,16 48,07 5,33 110,83 3,09 39,25 40,97 191,84 46,20 0,26 0,24 37,44 48,21 6,18 134,07 2,74 39,04 40,97 191,12 46,35 0,26 0,24 39,24 48,21 6,15 111,72 2,43 37,89 40,97 196,15 46,49 0,30 0,23 40,67 48,14 8,69 92,96 5,13 39,18 40,61 190,77 46,56 0,26 0,23 39,38 48,14 8,52 109,04 2,94 39,18 41,11 198,16 46,35 0,27 0,22 39,31 47,35 6,59 100,10 2,99 39,25 41,33 192,49 46,49 0,28 0,23 38,88 47,28 7,21 104,57 3,35 39,25 41,26 190,33 46,56 0,27 0,27 39,31 47,57 7,80 102,78 2,50 39,25 41,33 202,11 46,63 0,29 0,24 39,38 47,57 6,03 101,88 3,23 39,40 41,40 178,12 46,56 0,28 0,23 39,31 47,71 7,53 104,57 2,15 39,25 41,47 189,76 46,56 0,29 0,22 39,31 47,42 5,54 101,00 2,84 39,33 41,55 190,48 46,56 0,29 0,24 39,31 47,71 7,32 104,57 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Тепловая мощность, кВт, котла Температура теплоносителя, °С Тепловая мощность, кВт, снятая утилизатором Расход теплоносителя через утилизатор, м3/ч теплоутилизатора при традиционной циркуляции теплоносителя. Лист № докум. Подп. Дата Лист 46

Продолжение таблицы 4.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,46 39,25 41,40 183,73 46,63 0,25 0,22 39,38 47,78 6,15 104,57 2,68 39,33 42,19 183,80 46,56 0,30 0,22 39,38 47,71 8,92 103,67 2,48 39,33 41,47 186,03 46,56 0,29 0,21 39,38 47,71 6,18 103,67 2,58 39,33 41,40 186,96 46,56 0,29 0,22 39,38 47,71 6,24 103,67 2,66 39,33 41,40 178,48 46,56 0,30 0,22 39,59 47,57 6,41 99,20 3,63 39,33 41,26 183,94 46,56 0,29 0,29 39,31 47,71 8,16 104,57 2,62 39,25 41,55 228,67 46,49 0,30 0,22 39,38 47,71 6,98 103,67 3,13 39,33 41,55 197,66 46,49 0,29 0,22 39,38 47,78 8,08 104,57 2,71 38,54 41,55 192,56 46,56 0,37 0,24 39,31 47,78 9,49 105,46 2,41 39,18 41,47 188,18 46,56 0,29 0,24 39,31 47,85 6,42 106,36 2,61 38,82 40,90 196,01 46,49 0,30 0,23 39,38 47,78 6,29 104,57 2,92 39,54 41,55 188,25 42,68 0,31 0,26 39,38 47,21 6,81 97,41 2,94 39,47 41,62 189,47 42,04 0,30 0,25 39,24 47,78 7,33 106,36 3,43 39,54 41,69 188,32 40,89 0,32 0,28 39,38 47,78 8,57 104,57 2,80 39,54 41,76 190,26 38,88 0,33 0,24 39,45 47,78 7,23 103,68 3,13 39,61 41,76 190,12 41,89 0,30 0,24 39,45 47,85 7,82 104,58 2,92 39,69 41,76 200,39 36,36 0,30 0,24 39,95 47,85 7,05 98,32 3,19 39,61 41,76 190,55 47,28 0,29 0,29 40,10 47,85 7,96 96,53 3,22 39,69 41,83 198,66 44,84 0,33 0,29 40,24 47,78 8,05 93,84 2,97 39,69 41,83 196,15 40,24 0,29 0,24 40,10 47,78 7,42 95,63 2,61 39,69 41,76 196,22 46,27 0,28 0,23 40,10 48,21 6,31 101,00 2,77 39,69 41,90 192,35 46,20 0,26 0,23 40,24 48,21 7,15 99,20 3,04 39,76 41,83 191,48 47,50 0,31 0,29 40,10 48,21 7,35 101,00 3,09 39,61 41,76 196,65 45,34 0,30 0,24 39,95 48,07 7,73 101,00 2,76 39,61 41,69 193,21 43,98 0,26 0,22 40,10 48,21 6,67 101,00 3,14 39,18 41,33 178,63 46,27 0,30 0,22 40,24 48,21 7,85 99,20 2,63 39,76 41,98 195,08 39,45 0,26 0,22 40,10 48,14 6,80 100,10 2,51 39,69 42,05 192,78 44,98 0,26 0,23 39,95 48,14 6,90 101,89 2,33 39,76 41,98 193,06 46,13 0,26 0,28 40,10 48,21 6,00 101,00 2,23 39,83 42,05 204,34 45,84 0,23 0,20 40,24 48,21 5,74 99,20 2,46 39,83 42,05 207,28 46,35 0,26 0,23 40,10 48,21 6,34 101,00 2,58 39,90 41,98 192,63 46,13 0,26 0,27 40,10 48,07 6,24 99,20 2,33 39,76 42,05 198,31 46,42 0,26 0,23 39,95 48,21 6,20 102,79 2,78 39,90 42,05 192,92 46,63 0,27 0,23 40,10 48,21 6,94 101,00 2,82 39,90 42,12 194,86 46,35 0,26 0,23 40,24 48,14 7,28 98,31 2,75 39,90 42,05 192,85 46,35 0,28 0,28 40,10 48,14 6,86 100,10 2,58 39,90 42,05 195,51 46,27 0,26 0,21 38,95 48,14 6,44 114,40 3,74 40,19 42,34 192,63 46,35 0,26 0,30 36,00 48,14 9,34 151,05 2,71 40,12 42,34 191,48 46,35 0,26 0,21 39,16 41,17 7,00 25,03 2,68 40,12 42,34 197,45 46,42 0,28 0,23 39,09 47,78 6,91 108,15 3,35 40,12 42,19 196,44 46,35 0,28 0,23 38,88 48,14 8,08 115,29 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 47

Продолжение таблицы 4.1 1 3,73 2 40,12 3 42,41 4 193,06 5 46,35 6 0,27 7 0,21 8 37,37 9 47,64 10 9,93 11 127,80 2,79 40,19 42,26 194,86 46,35 0,26 0,23 39,74 47,57 6,74 97,41 3,33 40,19 42,48 193,42 46,35 0,27 0,23 39,59 47,64 8,88 100,10 3,40 40,19 42,48 192,78 46,27 0,28 0,27 39,24 47,85 9,05 107,26 2,53 40,19 42,34 192,70 46,35 0,28 0,24 39,59 47,57 6,33 99,20 3,05 40,04 42,26 192,99 46,35 0,28 0,23 39,52 47,64 7,88 101,00 2,76 39,25 41,98 188,68 46,56 0,29 0,22 39,74 47,93 8,75 101,89 2,59 40,33 42,48 193,06 46,49 0,28 0,23 37,58 47,78 6,47 126,92 2,71 40,40 42,41 191,05 46,49 0,28 0,22 39,74 47,78 6,32 100,10 2,59 40,33 42,62 190,05 45,34 0,28 0,23 39,74 47,78 6,91 100,10 2,55 40,33 42,55 195,15 45,27 0,28 0,22 39,74 48,43 6,58 108,14 2,73 40,33 42,55 196,08 38,09 0,28 0,23 39,81 47,78 7,04 99,20 2,58 40,48 42,48 197,30 44,41 0,29 0,24 39,81 47,78 6,00 99,20 2,63 40,40 42,62 195,15 45,05 0,27 0,22 39,74 47,78 6,78 100,10 2,61 40,40 42,55 205,13 43,26 0,28 0,22 39,81 47,71 6,51 98,31 2,53 39,25 42,55 205,64 25,16 0,29 0,24 39,81 47,71 9,71 98,31 2,49 39,40 42,62 199,03 46,06 0,33 0,24 39,67 47,71 9,34 100,10 3,23 40,62 42,84 197,23 42,54 0,31 0,24 39,74 47,71 8,34 99,20 2,49 40,62 42,77 195,29 37,44 0,29 0,23 39,74 47,78 6,22 100,10 2,61 40,76 42,84 189,76 44,41 0,28 0,23 39,74 47,78 6,31 100,10 2,67 40,69 42,77 202,11 43,33 0,28 0,23 39,67 47,71 6,44 100,10 2,60 40,76 42,77 200,10 46,27 0,29 0,24 39,59 47,71 6,06 101,00 2,68 40,83 42,91 205,85 46,35 0,30 0,24 39,74 47,78 6,46 100,10 2,87 41,19 43,13 198,16 40,67 0,29 0,24 39,59 47,71 6,45 101,00 3,10 41,05 43,05 197,52 46,49 0,30 0,25 39,81 47,78 7,23 99,20 2,41 41,05 43,13 198,81 46,56 0,34 0,24 39,02 47,64 5,82 107,24 2,42 40,98 43,34 204,42 46,63 0,30 0,23 39,88 47,85 6,65 99,22 2,92 40,98 43,20 213,90 46,63 0,37 0,23 39,81 48,00 7,54 101,88 2,69 41,12 43,27 209,44 46,71 0,30 0,24 39,74 48,00 6,72 102,78 2,41 41,12 43,27 197,16 47,42 0,70 0,24 39,81 45,56 6,02 71,49 2,76 41,12 43,49 200,25 46,78 0,35 0,23 39,81 47,14 7,58 91,17 2,68 41,12 43,27 204,85 46,71 0,29 0,23 39,81 43,62 6,70 47,36 2,31 41,05 43,20 197,23 46,71 0,30 0,24 39,95 46,06 5,77 75,97 2,74 41,12 43,27 196,08 46,13 0,38 0,24 39,74 43,04 6,83 41,12 3,72 41,34 43,27 196,65 46,71 0,38 0,32 39,67 46,78 8,36 88,48 2,89 41,19 43,20 196,08 46,71 0,31 0,24 39,81 45,27 6,72 67,92 2,61 41,19 43,56 198,52 46,78 0,29 0,23 39,74 48,21 7,18 105,46 2,63 41,26 43,41 203,62 46,63 0,29 0,24 39,81 48,21 6,56 104,57 2,84 41,26 43,34 207,78 46,71 0,28 0,25 39,59 48,21 6,85 107,26 2,48 41,26 43,41 201,18 46,78 0,29 0,24 39,95 48,07 6,21 101,00 3,05 41,26 43,34 196,73 46,71 0,29 0,23 40,10 48,21 7,37 101,00 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 48

Окончание таблицы 4.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,67 41,34 43,41 202,26 46,71 0,29 0,24 39,95 48,21 6,45 102,79 2,68 41,19 43,34 199,82 46,71 0,31 0,25 40,10 48,14 6,69 100,10 2,87 41,41 43,41 202,40 46,78 0,37 0,24 39,95 48,14 6,69 101,89 2,70 41,48 43,63 201,39 46,63 0,25 0,43 40,10 48,56 6,74 105,33 2,77 41,48 43,63 204,05 46,71 0,26 0,22 39,95 48,85 6,92 110,69 2,85 41,55 43,56 198,81 46,78 0,26 0,24 40,10 48,36 6,64 102,79 2,40 41,41 43,49 199,24 46,71 0,27 0,24 40,24 47,71 5,79 92,94 2,99 41,55 43,56 199,10 46,56 0,27 0,22 40,10 47,78 6,96 95,63 2,63 41,55 43,63 199,60 46,42 0,27 0,22 39,38 47,93 6,36 106,36 2,73 41,55 43,63 191,84 40,31 0,28 0,25 39,38 47,93 6,59 106,36 2,63 41,55 43,63 199,31 42,90 0,28 0,22 39,52 48,14 6,34 107,26 3,79 41,62 43,77 199,89 37,01 0,38 0,31 38,45 48,14 9,47 120,66 2,71 41,77 43,84 199,46 46,42 0,30 0,25 39,24 48,07 6,54 109,93 2,65 41,70 43,92 199,60 45,12 0,30 0,24 39,38 48,00 6,84 107,24 3,34 41,70 43,77 199,60 46,85 0,30 0,25 39,38 48,14 8,06 109,04 3,04 41,77 43,84 199,24 44,05 0,37 0,31 39,52 48,14 7,35 107,26 3,24 41,77 43,99 199,96 46,06 0,28 0,26 38,45 48,21 8,38 121,55 2,75 41,77 43,92 204,05 46,49 0,26 0,23 39,24 48,07 6,87 109,93 2,46 41,70 43,84 217,70 45,34 0,26 0,22 39,59 48,14 6,14 106,36 3,52 42,05 44,06 200,96 42,90 0,29 0,30 39,67 48,21 8,22 106,36 2,89 41,98 43,99 204,20 46,56 0,26 0,26 39,74 48,72 6,75 111,72 2,73 42,05 44,13 202,54 43,69 0,26 0,25 39,38 48,14 6,59 109,04 2,48 42,05 44,13 201,90 46,42 0,26 0,22 39,38 48,14 6,00 109,04 2,64 42,13 44,20 200,96 46,42 0,25 0,25 39,52 48,29 6,38 109,05 2,58 42,05 44,13 201,54 46,78 0,25 0,23 38,45 48,14 6,22 120,66 3,20 42,05 44,06 193,42 46,27 0,27 0,26 39,24 48,14 7,46 110,83 2,56 42,05 44,13 199,96 46,56 0,28 0,23 39,59 48,14 6,17 106,36 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 49

Рисунок 4.1 – Расход и давление теплоносителя в утилизаторе тепла дымовых газов МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 50

Рисунок 4.2 – Температура теплоносителя перед и после утилизатора тепла дымовых газов МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 51

Рисунок 4.3 – Температура дымовых газов перед и после утилизатора МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 52

Рисунок 4.4 – Температура теплоносителя в подающем обратном трубопроводе котла МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 53

Рисунок 4.5-Тепловая мощность котла и утилизатора тепла дымовых газов в период проведения эксперимента, кВт Как следует из графика рисунок 4.1 расход теплоносителя через теплоутилизатор уходящих газов в среднем за период эксперимента составляет 2,79 м3/ч соизмеримо с расчетным расходом. Давление на входе и выходе составляет 0,29 и 0,24 Мпа, падение давление не превышает предельно допустимых значений для теплообменного оборудования. Согласно таблице 4.1 и графикам представленным на рисунке 4.2 средняя температуры теплоносителя за период проведения эксперимента, входе в теплоутилизатор уходящих газов составляет 40,15 °С. Согласно расчетов теплоутилизатора данная температура должна обеспечить полную конденсацию. Средняя МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 54

температура теплоносителя на выходе составляет 42,31 °С. На графике рисунка температура дымовых газов согласно графика поступающего в теплоутилизатор составляет 195,38 °С, а температуры дымовых газов после утилизатора ниже точки росы. Согласно графикам представленных на рисунке 4.4 температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе котла составляет 47,70°С и 39,53°С в соответствует температурам температурного графика. На рисунке 4.5 приведенные графики тепловой мощности работающего котла и теплоутилизатора указывают на относительно стабильный режим работы, свидетельствующая о технически исправном состоянии основного и вспомогательного оборудования, а также автоматики. Тепловая мощность котла в период проведения эксперимента как следует из графика составляет 101,63 кВт при этом снятая мощность теплоутилизатора составила 6,95 кВт. Таблица 4.2 -Результаты экспериментальных исследований на входе УТ Темпер. дымовых газов, °С на выходе УТ на входе Давление, МПа Температура теплоносителя, °С на на на на на входе в выходе в выходе входе выходе котлоагрег котлоагрегата ат 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,58 38,54 43,86 175,22 43,54 0,24 0,24 38,23 47,90 15,92 120,36 3,49 38,47 44,00 170,69 43,62 0,24 0,24 38,45 47,61 22,44 114,10 1,51 38,61 43,93 169,76 43,54 0,24 0,24 38,23 47,54 9,35 115,89 1,66 38,54 43,86 183,19 43,54 0,25 0,23 38,45 42,59 10,28 51,54 1,95 38,47 44,00 165,23 43,69 0,24 0,22 38,30 44,17 12,51 73,00 1,32 38,54 44,00 172,20 43,69 0,24 0,26 38,30 42,59 8,38 53,34 2,11 38,47 43,93 172,20 43,69 0,25 0,22 38,45 45,10 13,39 82,82 1,69 38,40 43,93 167,46 43,62 0,24 0,22 37,51 45,39 10,89 98,01 2,94 38,61 44,50 171,05 43,76 0,24 0,22 38,30 45,75 20,10 92,65 2,66 38,61 44,07 172,49 42,75 0,24 0,24 38,45 45,17 16,85 83,71 1,82 38,61 44,14 172,34 43,26 0,24 0,25 38,23 46,68 11,71 105,17 3,10 38,83 48,45 172,92 41,96 0,24 0,25 35,86 46,18 34,70 128,40 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Тепловая мощность, кВт, котла Температура теплоносителя, °С Тепловая мощность, кВт, снятая утилизатором Расход теплоносителя через утилизатор, м3/ч теплоутилизатора при расчетном расходе и работе двух котлоагрегатов Лист № докум. Подп. Дата Лист 55

Продолжение таблицы 4.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,13 38,47 44,00 173,06 41,75 0,24 0,22 37,46 47,25 13,71 121,93 1,95 38,40 44,50 173,42 43,11 0,34 0,24 37,30 47,33 13,81 124,81 2,53 38,61 44,07 173,13 42,75 0,25 0,25 34,71 47,33 16,03 156,99 3,37 38,47 44,14 174,50 42,75 0,27 0,22 36,72 47,25 22,21 131,07 1,84 38,40 47,66 171,84 41,61 0,27 0,24 36,65 47,40 19,87 133,76 1,33 38,61 44,57 173,35 43,04 0,24 0,24 38,66 47,54 9,20 110,53 2,17 39,19 44,00 173,78 43,76 0,24 0,24 36,29 47,47 12,16 139,13 2,27 38,47 43,78 173,78 40,03 0,23 0,24 38,88 47,54 14,01 107,84 1,80 38,40 47,59 174,28 43,76 0,24 0,22 38,59 47,61 19,25 112,31 3,02 38,61 47,01 173,99 43,76 0,22 0,24 39,45 47,40 29,45 98,91 1,63 36,17 47,66 173,99 43,76 0,22 0,24 39,45 47,40 21,75 98,91 1,91 35,02 44,57 173,99 40,89 0,23 0,23 37,51 47,54 21,20 124,83 2,71 35,16 48,38 174,64 41,46 0,23 0,24 33,06 47,40 41,59 178,45 1,98 36,68 40,48 173,92 43,54 0,23 0,24 34,57 47,69 8,77 163,25 1,92 37,18 39,62 174,50 43,62 0,23 0,23 38,09 47,54 5,46 117,67 2,13 36,53 40,12 181,18 43,62 0,23 0,24 38,23 47,54 8,90 115,89 1,33 37,97 42,06 177,80 42,54 0,23 0,24 38,45 47,47 6,35 112,31 1,85 37,82 41,92 175,57 43,69 0,24 0,24 39,45 47,33 8,81 98,01 1,78 38,40 41,85 176,87 43,76 0,24 0,23 39,45 47,47 7,13 99,80 1,93 38,18 42,63 174,78 43,90 0,24 0,24 38,45 47,47 9,99 112,31 1,71 38,26 42,71 175,50 43,76 0,24 0,25 38,66 47,61 8,87 111,42 2,15 38,04 43,14 188,65 43,90 0,24 0,24 38,80 47,54 12,76 108,74 1,74 38,18 43,28 175,65 43,47 0,24 0,24 38,73 47,40 10,29 107,84 1,46 38,47 43,71 176,08 43,90 0,24 0,24 38,80 47,47 8,87 107,84 1,69 38,04 43,42 175,86 43,90 0,24 0,24 38,88 47,76 10,56 110,52 1,63 38,26 43,64 176,22 43,98 0,24 0,24 38,88 47,76 10,20 110,52 1,51 38,18 43,78 176,94 43,98 0,24 0,24 38,95 47,47 9,81 106,05 1,84 38,26 43,71 175,65 43,90 0,24 0,24 38,88 47,54 11,65 107,84 1,82 38,11 43,78 173,99 43,76 0,24 0,24 39,02 47,47 11,97 105,15 1,26 38,47 43,35 176,08 44,05 0,24 0,24 39,02 47,33 7,13 103,36 1,72 38,18 43,71 173,99 43,90 0,24 0,24 39,02 47,54 11,03 106,05 1,66 38,47 43,71 176,65 43,90 0,24 0,26 39,02 47,76 10,14 108,72 1,73 38,26 43,78 176,29 43,76 0,25 0,24 38,95 49,12 11,12 126,61 1,68 38,18 43,71 173,99 43,83 0,25 0,24 38,95 49,12 10,79 126,61 2,07 38,76 43,64 176,36 44,05 0,25 0,24 39,09 48,91 11,74 122,14 1,57 38,11 43,64 176,79 44,05 0,24 0,25 38,88 49,12 10,10 127,50 2,15 38,26 43,71 176,94 43,98 0,27 0,24 39,02 13,66 123,02 2,00 38,40 43,86 176,22 44,05 0,29 0,23 38,95 48,91 48,55 12,66 119,45 2,54 38,54 43,93 176,22 44,12 0,34 0,24 39,02 49,12 15,91 125,71 2,00 37,41 43,86 176,22 43,98 0,25 0,24 39,09 14,96 122,14 1,92 39,26 43,71 176,87 43,90 0,24 0,24 38,95 48,91 48,83 9,92 123,02 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 56

Продолжение таблицы 4.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,37 39,33 43,71 176,00 43,83 0,24 0,24 39,02 48,55 12,06 118,55 2,15 39,33 43,64 176,01 44,05 0,25 0,24 39,02 49,12 10,75 125,71 2,40 41,41 43,78 176,22 43,98 0,24 0,27 39,09 48,91 6,60 122,14 1,50 39,33 43,71 175,65 44,05 0,25 0,25 39,02 49,12 7,63 125,71 2,05 38,47 44,00 176,51 44,05 0,26 0,24 39,09 48,91 13,19 122,14 2,40 38,26 43,78 178,23 43,90 0,25 0,25 39,02 49,12 15,46 125,71 1,80 38,18 43,86 176,22 43,98 0,24 0,24 39,02 48,91 11,87 123,02 2,84 39,19 43,86 175,79 43,83 0,24 0,24 39,45 49,12 15,39 120,36 2,72 39,40 43,93 175,86 43,83 0,24 0,22 38,95 14,31 123,92 1,33 40,34 43,86 175,79 43,76 0,24 0,25 39,02 48,91 48,12 5,46 113,19 2,05 38,47 46,73 176,00 37,44 0,22 0,24 36,99 48,26 19,71 140,22 2,46 38,26 44,57 176,22 41,89 0,23 0,28 39,45 48,04 18,04 106,94 1,71 38,18 46,73 175,72 44,12 0,23 0,24 36,48 48,04 17,03 143,85 1,95 39,04 47,66 176,22 39,67 0,24 0,25 39,45 47,97 19,56 106,06 1,72 38,83 44,57 176,15 39,67 0,23 0,24 38,66 47,97 11,50 115,89 2,18 38,76 49,60 175,93 43,83 0,24 0,24 39,45 47,76 27,50 103,37 2,20 38,69 49,38 175,86 38,66 0,24 0,25 39,45 48,04 27,41 106,94 1,57 38,76 46,37 175,57 41,53 0,24 0,24 39,45 47,90 13,91 105,17 2,23 38,76 44,79 176,80 39,09 0,24 0,24 39,45 47,97 15,65 106,06 1,43 38,69 44,79 175,65 41,39 0,24 0,24 39,45 47,97 10,14 106,06 1,78 39,04 44,65 175,86 43,11 0,24 0,24 39,45 47,76 11,59 103,37 1,71 38,76 44,93 172,20 43,69 0,23 0,24 39,45 47,97 12,27 106,06 1,29 38,76 45,29 173,28 38,45 0,24 0,24 39,45 47,97 9,81 106,06 1,24 38,69 44,65 173,99 43,62 0,23 0,23 38,88 47,90 8,60 112,31 1,42 38,76 44,93 173,99 43,62 0,24 0,24 39,31 48,19 10,20 110,52 1,47 38,69 44,57 173,99 39,16 0,24 0,24 38,95 48,04 10,07 113,19 1,87 38,69 44,65 173,99 43,76 0,21 0,24 36,65 47,83 12,93 139,13 1,50 38,83 49,82 173,99 45,63 0,24 0,24 38,66 47,90 19,15 115,00 2,35 38,69 44,65 170,33 38,23 0,24 0,24 36,29 47,90 16,32 144,49 1,84 38,83 44,43 173,20 43,69 0,24 0,24 38,88 47,90 12,01 112,31 1,46 38,69 44,29 172,77 43,76 0,25 0,24 38,59 47,76 9,48 114,09 1,96 38,83 44,43 164,87 45,56 0,25 0,22 38,95 47,83 12,75 110,52 1,69 38,61 44,21 173,20 44,84 0,24 0,25 38,16 47,97 11,03 122,14 1,26 38,61 44,07 171,70 43,69 0,27 0,25 38,95 47,83 7,96 110,52 2,23 38,76 44,21 173,06 43,83 0,28 0,24 38,95 47,90 14,17 111,41 1,77 38,76 44,21 176,15 43,54 0,29 0,24 38,88 47,69 11,25 109,62 1,68 38,61 44,29 170,04 43,69 0,56 0,24 39,02 47,97 11,08 111,41 1,81 38,69 44,21 171,19 43,69 0,24 0,24 38,95 48,19 11,63 114,98 1,83 38,69 44,36 173,56 43,62 0,25 0,24 38,95 47,76 12,07 109,62 1,79 38,76 44,29 176,15 43,76 0,26 0,24 38,95 49,16 11,54 127,07 1,54 38,47 44,43 172,27 43,76 0,26 0,24 39,09 49,12 10,69 124,83 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 57

Продолжение таблицы 4.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1,63 38,26 44,29 176,15 43,62 0,24 0,22 39,02 11,43 123,02 1,82 38,47 44,21 176,15 43,76 0,24 0,24 39,02 48,91 49,12 12,17 125,71 2,41 38,26 44,36 176,15 44,05 0,26 0,30 39,09 50,85 17,11 146,27 1,78 38,47 42,92 176,15 43,83 0,24 0,23 39,02 49,12 9,21 125,71 3,01 38,26 44,29 176,15 43,76 0,25 0,23 39,02 48,91 21,14 123,02 2,34 38,47 44,43 176,15 43,76 0,24 0,25 39,16 49,12 16,21 123,93 2,01 38,26 44,36 176,15 43,83 0,24 0,23 38,88 48,91 14,26 124,81 1,93 38,18 44,43 176,15 43,83 0,24 0,23 39,02 48,91 14,02 123,02 2,09 38,69 44,29 171,91 43,54 0,24 0,25 39,09 49,12 13,60 124,83 2,02 38,61 44,29 171,12 43,76 0,24 0,26 39,02 13,35 123,02 3,40 38,61 44,29 170,55 43,83 0,24 0,25 39,02 48,91 47,97 22,40 111,41 2,30 38,76 44,21 171,05 43,83 0,24 0,25 39,02 48,76 14,62 121,23 2,64 38,18 44,14 172,27 43,90 0,24 0,23 38,95 44,67 18,31 71,19 2,48 38,47 44,21 174,42 43,83 0,24 0,23 39,09 44,74 16,54 70,31 2,38 36,96 44,29 172,77 43,83 0,24 0,23 39,09 48,76 20,29 120,35 1,79 36,96 44,50 173,63 43,69 0,24 0,23 39,09 47,97 15,66 110,53 3,27 36,39 44,29 173,06 43,83 0,24 0,23 39,02 47,97 30,06 111,41 2,31 37,11 44,36 172,34 43,76 0,24 0,23 39,09 48,76 19,49 120,35 1,84 37,97 47,66 173,99 43,83 0,24 0,25 39,24 47,97 20,79 108,74 1,87 37,82 47,66 173,92 43,76 0,24 0,24 39,31 47,97 21,43 107,84 2,28 37,97 44,57 173,35 43,90 0,25 0,24 37,94 46,39 17,54 105,17 2,22 38,61 46,37 174,93 43,90 0,24 0,25 35,93 46,97 20,00 137,33 1,77 38,26 47,66 174,43 43,98 0,24 0,24 37,51 47,04 19,31 118,57 1,97 38,47 44,57 173,85 43,90 0,25 0,24 38,59 47,47 14,00 110,52 3,02 38,69 44,29 175,65 43,98 0,23 0,24 36,15 47,61 19,69 142,70 1,88 38,69 46,44 174,64 43,76 0,30 0,25 37,30 47,76 16,96 130,18 2,82 38,69 45,15 176,94 40,96 0,26 0,24 33,92 47,61 21,19 170,41 2,52 38,61 48,02 174,86 39,95 0,24 0,25 33,85 47,76 27,56 173,08 1,84 38,61 47,66 175,22 41,46 0,25 0,24 38,66 47,76 19,40 113,20 1,84 38,61 44,57 175,22 42,40 0,33 0,23 37,36 47,47 12,73 125,85 1,82 38,47 46,58 175,14 40,03 0,25 0,24 38,30 47,83 17,14 118,57 1,92 38,61 47,73 174,50 40,46 0,25 0,24 39,45 47,47 20,32 99,80 1,87 38,69 44,65 175,50 40,60 0,25 0,24 38,95 47,61 12,98 107,84 1,44 38,61 44,79 176,08 43,33 0,25 0,24 38,80 47,54 10,35 108,74 2,11 38,04 47,66 175,86 43,47 0,25 0,24 37,37 47,83 23,61 130,18 1,91 38,69 44,57 177,30 42,75 0,24 0,24 38,88 47,54 13,07 107,84 2,10 38,61 44,65 177,30 42,75 0,24 0,24 38,95 47,69 14,75 108,72 1,80 38,54 44,79 176,22 40,38 0,27 0,24 37,83 47,69 13,08 122,61 2,33 38,76 47,66 176,87 43,76 0,28 0,24 37,33 47,61 24,08 127,99 1,92 38,61 44,57 176,44 43,62 0,22 0,24 38,80 47,83 13,28 112,31 1,49 38,40 44,65 182,25 43,83 0,23 0,23 39,16 47,69 10,79 106,05 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 58

Продолжение таблицы 4.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1,96 38,61 42,85 180,03 43,83 0,22 0,24 39,45 47,54 9,65 100,70 1,82 38,47 43,57 176,51 43,54 0,23 0,24 39,45 47,69 10,81 102,48 1,74 38,69 43,78 193,60 43,40 0,24 0,24 39,45 47,54 10,29 100,70 2,01 40,48 43,93 191,80 43,76 0,24 0,25 39,38 47,54 8,05 101,58 1,89 38,54 43,93 177,51 43,98 0,24 0,24 39,52 47,61 11,82 100,70 1,67 38,69 44,14 177,30 43,83 0,24 0,24 39,52 47,69 10,61 101,58 2,77 39,33 44,07 205,88 44,19 0,24 0,24 39,45 47,69 15,26 102,48 1,89 40,34 44,00 203,15 44,12 0,24 0,24 39,45 47,33 8,07 98,01 2,38 39,62 44,07 177,66 44,19 0,24 0,24 39,52 47,69 12,29 101,58 2,09 38,61 44,07 177,80 44,26 0,24 0,23 39,52 47,69 13,25 101,58 2,12 38,61 44,00 194,82 44,12 0,24 0,24 39,52 97,09 13,30 716,41 2,49 38,76 44,07 178,59 44,05 0,24 0,24 39,38 48,19 15,39 109,62 1,94 38,61 44,14 179,16 44,12 0,24 0,23 39,45 49,12 12,46 120,36 1,69 38,61 44,07 44,12 0,24 0,24 39,38 48,91 10,74 118,55 2,28 38,76 44,07 178,23 176,15 44,19 0,24 0,24 39,45 48,76 14,10 115,88 2,20 38,61 44,36 178,66 44,12 0,24 0,25 39,38 49,12 14,67 121,24 1,96 38,54 44,21 187,64 43,47 0,25 0,23 39,59 48,91 12,92 115,88 2,79 38,76 43,86 178,73 44,19 0,24 0,25 39,45 49,55 16,55 125,71 2,10 38,61 43,64 181,97 44,26 0,24 0,24 39,45 49,12 12,25 120,36 2,92 38,40 44,07 178,45 44,33 0,24 0,26 39,45 48,91 19,27 117,67 1,43 38,61 44,14 190,51 44,19 0,24 0,24 39,45 49,55 9,17 125,71 1,40 38,54 44,14 179,45 44,12 0,24 0,25 39,45 49,12 9,11 120,36 2,29 38,76 44,29 178,52 44,12 0,25 0,23 39,52 48,91 14,72 116,78 1,72 38,61 44,07 178,30 44,19 0,34 0,25 39,52 49,55 10,93 124,81 1,71 38,40 44,14 178,52 44,19 0,29 0,24 39,45 49,55 11,41 125,71 2,51 39,26 44,14 44,19 0,24 0,24 39,52 48,48 14,26 111,41 3,55 39,40 44,14 183,90 176,15 44,33 0,25 0,25 38,80 49,84 19,58 137,33 1,33 39,19 44,14 178,59 44,19 0,25 0,26 39,52 48,40 7,69 110,52 2,07 39,33 44,21 178,38 44,19 0,27 0,23 39,45 48,26 11,74 109,63 2,45 39,12 44,29 178,45 44,19 0,24 0,23 39,45 48,33 14,71 110,53 1,43 39,12 45,08 178,52 44,19 0,28 0,24 39,45 49,12 9,89 120,36 1,77 39,12 44,79 178,45 44,19 0,24 0,25 37,76 48,40 11,64 132,44 1,54 39,04 47,66 178,52 44,12 0,24 0,23 39,38 48,12 15,38 108,72 1,84 39,19 44,57 178,66 43,83 0,29 0,24 40,82 50,34 11,50 118,55 1,62 39,26 44,65 178,66 38,66 0,24 0,24 37,27 48,12 10,15 134,99 1,60 39,12 49,74 178,52 39,09 0,24 0,24 39,52 47,97 19,76 105,17 1,95 39,04 45,94 178,81 40,96 0,24 0,24 39,24 48,19 15,59 111,41 1,74 39,19 46,66 178,37 39,52 0,22 0,24 38,82 48,26 15,15 117,46 1,97 39,12 45,58 178,59 43,76 0,24 0,24 37,08 48,12 14,83 137,33 1,68 39,12 45,58 178,81 42,61 0,24 0,25 36,29 47,97 12,62 145,38 1,55 39,12 45,15 178,73 43,76 0,24 0,23 38,04 48,04 10,86 124,47 МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 59

Окончание таблицы 4.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1,70 38,97 45,29 179,02 43,98 0,24 0,24 38,23 47,90 12,49 120,36 1,92 39,19 44,79 178,88 43,98 0,24 0,24 39,31 47,90 12,48 106,94 1,44 39,91 47,66 182,04 43,76 0,24 0,23 35,36 47,90 13,00 156,10 1,59 39,33 44,57 187,14 43,83 0,24 0,24 38,80 48,26 9,71 117,67 2,07 39,26 44,65 179,81 43,98 0,24 0,24 39,45 47,90 12,95 105,17 1,28 39,12 45,00 186,42 44,19 0,24 0,25 36,22 47,90 8,79 145,38 1,66 39,19 45,08 178,23 43,62 0,24 0,23 36,78 48,26 11,39 142,91 2,42 39,19 45,00 177,08 40,24 0,24 0,23 39,81 47,97 16,36 101,58 1,73 39,12 44,79 169,76 43,26 0,25 0,24 39,31 48,04 11,41 108,72 Рисунок 4.6 – Расход и давление теплоносителя в утилизаторе тепла дымовых газов МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 60

Рисунок 4.7 – Температура теплоносителя перед и после утилизатора тепла дымовых газов МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 61

Рисунок 4.8 – Температура дымовых газов перед и после утилизатора МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 62

Рисунок 4.9 – Температура теплоносителя в подающем обратном трубопроводе котла МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 63

Рисунок 4.10-Тепловая мощность котла и утилизатора тепла дымовых газов в период проведения эксперимента, кВт Как следует из графика рисунок 4.6 расход теплоносителя через теплоутилизатор уходящих газов в условиях импульсной циркуляцией в среднем за период эксперимента составляет 1,99 м3/ч. Согласно таблице 4.2 и графикам представленным на рисунке 4.8 средняя температуры теплоносителя за период проведения эксперимента, на входе в теплоутилизатор уходящих газов составляет 38,57 °С. Достаточной для обеспечения полной конденсации. Средняя температура теплоносителя на выходе составляет 44,64 °С. Разность температур составляет 7,07 °С. На графике рисунка температура дымовых газов согласно графика поступающего в теплоутилизатор, составляет 176,47 °С, а температура дымовых газов после утилизатора ниже точки росы. Согласно графикам представленных на рисунке 4.9 температура МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 64

теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе котла составляет 48,21°С и 38,6°С. Тепловая мощность котла в период проведения эксперимента как следует из графика составляет 119,56 кВт. Мощность отбора тепловой энергии теплоутилизатором в импульсном режиме течения теплоносителя составила 14,08 кВт. Совмещенные за одинаковый период времени проведения эксперимента параметры теплоносителя представлены в графическом виде на рисунка 4.114.13 Для проведения анализа и сопоставления результатов экспериментов в традиционном и импульсном режиме течения теплоносителя через теплообменник теплоутилизатор выполним расчеты по приведению к единым условиям работы котельной. Рисунок 4.11- Температура теплоносителя перед и после теплоутилизатора в режимах исследования МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 65

Рисунок 4.12- Температура дымовых газов на входе и выходе теплоутилизатора в режимах исследования МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 66

Рисунок 4.13- Тепловая мощность работающего котлоагрегата и подключенного к нему теплообменника утилизатора в режимах исследования Из рисунка 4.11 видно, что температура теплоносителя в импульсном и традиционном движении теплоносителя подаваемого в теплоутилизатор зависящая от температуры наружного воздуха и утвержденного температурного графика соизмеримы. Отклонение составляет температуры 1,58°С, что составляет 3,9 %. Разность температур теплоносителя на входе и выходе соответственно в импульсном и традиционном режимах течения МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 67

составляет 6,07°С. В результате анализа графиков представленных на рисунке 4.12 было выявлена что значение температур дымовых в импульсном режиме как на выходе из котлогарегата, так и теплоутилизатора ниже традиционного соответственно 9,67% и 0,7%. По сопоставленным графикам тепловой мощности (рисунок 4.13) следует, что доля тепловой энергии выработанной теплоутилизатором (отношение тепловой теплоутилизатором к котлоагрегатом теплоутилизатором) и суммарной тепловой в мощности мощности соответственно отобранной выработанной в режимах исследования составляет в режиме при работе двух котлоагрегатов 10,53% и при работе одного котлоагрегата 6,4%. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Обзор технических характеристик котельных на основе теплоутилизаторов и оценка энергетического ресурса глубокой утилизации тепла дымовых газов выявили их значительный энергетический потенциал. В результате анализа существующих технологий глубокой утилизации тепла дымовых газов с применением результатов испытаний на опытных и лабораторных образцов контактных и поверхностных теплообменных аппаратах установлено, что наибольший потенциал возможно реализовать при глубоком охлаждении уходящих газов. При этом теплоутилизатор должен включать две ступени. На основе результатов работ, представленных в разделе 1 предложена тепловая схема котельной с глубокой утилизацией тепла дымовых газов. В схему включено дополнительное оборудование: двухступенчатый утилизатор тепла дымовых газов; циркуляционные насосы. Разработана математическая модель контура с двухступенчатого теплоутилизатором в виде энергетической цепи, которая учитывает активные сопротивления ступеней 𝑟1 , 𝑟2 ; массы воды в ступень 𝑚1 , 𝑚2 ; податливости𝑙1 , 𝑙2 теплоутилизатора. Модель позволила определить рациональный диапазон частот от 0,8-1 Гц, в котором будет наблюдаться наибольшая эффективность теплопередачи. Проведены сравнительные гидравлические и тепловые испытания двухступенчатого теплоутилизатора для установившегося и импульсного режима в котельной учебного корпуса №23. При разности температур теплоносителя на входе и выходе соответственно в импульсном и традиционном режимах течения в 6,07°С установлено, что значение температур дымовых в импульсном режиме как на выходе из котлогарегата, так и теплоутилизатора ниже традиционного соответственно 9,67% и 0,7%. Из оценки баланса тепловой мощности следует, что доля тепловой энергии, выработанной теплоутилизатором в режиме при работе двух котлоагрегатов составила 10,53% и при работе одного котлоагрегата 6,4%. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 69

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНОКОВ 1) Артемов И.Н. Оптимизация тепловой схемы котельной с утилизатором тепла дымовых газов / Артемов И.Н., Ениватов А.В., Савонин И.А. – Ростов-на-Дону., 2018. – с. 2) Астановский, Д.Л. Применение теплообменных аппаратов нового поколения / Д.Л. Астановский, Л.З. Астановский, М.А. Сильман // Вестник Международной академии холода. – 2010. – №3. – С.11–17. 3) Астановский, Д.Л. Теплообменные аппараты для компрессорных установок / Д.Л. Астановский, Л.З. Астановский, П.В. Вертелецкий, М.А. Сильман // Компрессорная техника и пневматика. – 2010. – №5. – С.6–9. 4) Астановский, Д.Л. Использование теплообменных аппаратов новой конструкции в теплоэнергетике / Д.Л. Астановский, Л.З. Астановский // Теплоэнергетика. – 2007. – №7. С.46–51. 5) Бухонов, Д.Ю. Исследование и оптимизация метода получения конденсата из уходящих продуктов сгорания природного газа: автореф. дис… канд. тех. наук: 05.14.14 / Д.Ю. Бухонов. – М., 2007. – 17 с. 6) Галустов, В.С. Утилизация теплоты дымовых газов / В.С. Галустов // Энергия и менеджмент (Минск). – 2004. – №6. – С.44. 7) Ефимов, А.В. Разработка пластинчатого воздухоподогревателя конденсационного типа для теплоутилизационной системы / А.В. Ефимов, А.Л. Гончаренко, Л.В. Гончаренко // ЕНЕРГЕТИКА: економіка, технології, екологія. – 2012. – №2(31). – С.83–90. 8) Кузма-Кичта, Ю.А. Интенсификация теплообмена при конденсации водяных паров из уходящих дымовых газов / Ю.А. Кузма-Кичта, Д.Ю. Бухонов, Ю.В. Борисов // Теплоэнергетика. – 2007. – №3. – С. 39–42. 9) Свиридов, Н.Ф. Установка утилизации тепла дымовых газов / Н.Ф. Свиридов, Р.Н. Свиридов, И.Н. Ивуков, Б.Л. Терк // Новости теплоснабжения. – 2002. – № 8. – С.29–31. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 70

10) Седлов, А.С. Получение конденсата из уходящих дымовых газов на экспериментальной установке ОАО ГРЭС-24 / А.С. Седлов, А.П. Солодов, Д.Ю. Бухонов // Энергосбережение и водоподготовка. – 2006. – № 5. – С. 76– 77.) 11) Беспалов, В.В. Технологии глубокой утилизации тепла дымовых газов / В.В. Беспалов // Энергетика Татарстана. – 2015. – №2(38). – С. 32–36. 12) Пат. 2193727 Российская Федерация, МПК F22B1/18, F24H1/10. Установка для утилизации тепла дымовых газов / Кудинов А.А., Солюков Д.А. – №2001110984/06 ; заявл. 20.04.2001 ; опубл. 27.11.2002, Бюл. №32. – 2с. : ил. 13) Шадек, Е.Г. Оценка эффективности глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котлов электростанций / Е.Г. Шадек // Энергосбережение. – 2016. – №2. – С. 62–80. 14) Пат. 2323384 Российская Федерация, МПК F22B1/18. Теплоутилизатор / С.Л. Торопов – №2006131240/06 ; заявл. 30.08.2006 ; опубл. 27.04.2008, Бюл. №12. – 8с. : ил. 15) Пат. 2193728 Российская Федерация, МПК F22B1/18, F24H1/10. Способ работы установки для утилизации тепла дымовых газов / Кудинов А.А., Солюков Д.А. – №2001110985/06 ; заявл. 20.04.2001 ; опубл. 27.11.2002, Бюл. №32. – 2с. : ил. 16) Ионкин, И.Л. Влияние конденсационного утилизатора на работу паровых и водогрейных газовых котлов / И.Л. Ионкин, А.В. Рагуткин, П.В. Росляков, В.М. Супранов, М.Н. Зайченко, Б. Лунинг // Теплоэнергетика. – 2015. – №5. – С.44. 17) Ионкин, И.Л. Оценка эффективности рекуперации низкопотенциального тепла уходящих дымовых газов в конденсационном теплоутилизаторе при 104 различных условиях работы котла и теплосети / И.Л. Ионкин, А.В. Рагуткин, Б. Лунинг, М.Н. Зайченко // Теплоэнергетика. – 2016. – №6. – С.63–68. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 71

18) Пат. 2436011 Российская Федерация, МПК F22B 1/18. Устройство утилизации тепла дымовых газов и способ его работы / В.И. Беспалов, В.В. Беспалов. – № 2010127110/06 ; заявл. 01.07.2010 ; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34. – 10с. : ил. 19) Зиганшина, С.К. Способы утилизации теплоты вентилируемого воздуха дымовых труб ТЭС / С.К. Зиганшина, А.А. Кудинов // Электрические станции. – 2010. – №4. – С.22–27. 20) Кудинов, А.А. Анализ работы дымовой трубы при глубоком охлаждении уходящих газов / А.А. Кудинов, С.К. Зиганшина, А.В. Федотенкова // Энергетик. – 2014. – №8. – С.60–62. 21) Тиунова, Н.В. Теплообмен при конденсации пара из дымовых газов / Н.В. Тиунова, Ю.О. Афанасьев // Ползуновский вестник. – 2004. – №1. – С.57–62. 22) Беспалов, В.В. Моделирование поверхностных конденсационных теплоутилизаторов дымовых газов для подогрева воздуха / В.В. Беспалов // Энергетика Татарстана. – 2016. – №2(42). – С.39–44. 23) Пат. 2606296 Российская Федерация, МПК F22B 1/18. Способ глубокой утилизации тепла дымовых газов / В.И. Беспалов, В.В. Беспалов. – №2015109444 /06 ; заявл. 17.03.2015 ; опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1. – 10с. : ил. 24) Беспалов, В.В. Технология осушения дымовых газов ТЭС с использованием теплоты конденсации водяных паров / В.В. Беспалов, В.И. Беспалов // Известия ТПУ. – 2010. – №4(316): Энергетика. – С. 56–59. 25) Thermal Energy Equipment: Waste Heat Recovery, Energy Efficiency Guide for Industry in Asia – https://www.academia.edu/4737418 26) Saidur R, Ahamed JU, Masjuki HH, Energy, exergy and economic analysis of industrial boilers, Energy Policy 2010; 38: 2188–2197. 27)-Industrial Waste Heat Recovery Industrial Energy RoundTableKatheyFerland Texas Industries of the Future RiyazPapar, Hudson Technologies Co. September 21, 2006.Hudson Technologies Combustion & Energysystems LTD. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 72

28) Reay DA, Heat Recovery Systems, E & F.N.Span, London, 1979. 29) Journal of Physics: Conference Series. Analysis of Deep Heat Recovery From Flue Gases. To cite this article: Y V Shatskikh et al 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 891 012188 30) Bespalov, V.V. Using Air for Increasing the Depth of the Flue Gas Heat Recovery / V.V. Bespalov, L.A. Beljaev, D.V. Melnikov // MATEC Web of Conferences. – 2015. – №37. – 01009. МД – 02069964 – 13.04.01 – 29 – 20 Изм. Лист № докум. Подп. Дата Лист 73

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв