VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Интенсификация теплообмена относится к наиболее актуальным проблемам в области теплоэнергетики. Предложенные и исследованные методы интенсификации теплообмена позволяют уменьшить массу и габариты теплообменных аппаратов в 1,5-2 раза по сравнению с аналогичными серийными устройствами при одинаковых тепловых потоках [1,2].

На ТЭЦ используется различные теплообменники, среди которых наиболее габаритными и металлоемкими являются подогреватели сетевой воды. Это определяется значительными тепловыми нагрузками и, следовательно, большими расходами сетевой воды, которая нагревается в таких теплообменниках за счет конденсации пара из отборов турбин. На Комсомольской ТЭЦ-3 в теплофикационной установке турбины Т-180/210-130 используются сетевые подогревателя горизонтального типа ПСГ-5000-2,5-8-I. Один такой аппарат имеет площадь поверхности теплообмена 5000 м², длину 12720 мм и диаметр корпуса 3640 мм.

Для интенсификации теплообмена при конденсации пара предлагаются различные мероприятия и конструктивные устройства [2]: несмачиваемые покрытия и жидкие стимуляторы (гидрофобизаторы) для создания капельной конденсации, закрутка потока или вращение поверхности теплообмена, турбулизаторы и ребра для разрушения пленки конденсата и др. К наиболее эффективным и простым по технологии изготовления относятся дискретно-шероховатые поверхности [1]. Дискретно-шероховатые поверхности имеют выступы и впадины, получаемые, например, путем кольцевой накатки. При этом на наружной поверхности труб образуются периодически расположенные кольцевые канавки, а на внутренней кольцевые диафрагмы. Такие искусственные турбулизаторы интенсифицируют теплообмен снаружи и внутри труб. При этом наружный диаметр труб не увеличивается, что не меняет плотность пучка и технологию сборки теплообменника.

В работе [3] приведены результаты экспериментов, полученные Г.А. Дрейцером при конденсации на горизонтальных трубах с накатками. Коэффициенты теплоотдачи увеличиваются по сравнению с гладкими трубами в 1,8-2,7 раза. Эффект возрастает при увеличении глубины канавок, уменьшении их радиуса закругления и снижении шага расположения. При этом гидравлическое сопротивление труб с накаткой может возрасти в 3-4 раза. Вместе с тем, для таких труб была обнаружена закономерность опережающего роста теплоотдачи над ростом гидравлического сопротивления в определенном диапазоне геометрических характеристик накатки [2]. Принимая глубину впадин и высоту выступов, соответствующих отношению диаметра выступов к внутреннему диаметру трубы в диапазоне 0,97-0,98, можно считать, что при увеличении коэффициентов теплоотдачи для пара в 1,75 и для воды в 2 раза гидравлическое сопротивление возрастет примерно в 1,7 раза.

Эти данные использовались для оценки результатов интенсификации теплообмена в сетевом подогревателе ПСГ-5000-2,5-8-I. Предварительно был выполнен тепловой расчет этого серийного подогревателя с гладкими трубами при максимальном тепловом потоке 383,8 МВт. Расчеты показали, что коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и воды составили соответственно 4446 и 10748 Вт/м²К, коэффициент теплопередачи 3145 Вт/м²К, число труб 9398 и их длина 8,92 м. Для труб с кольцевой накаткой коэффициенты теплоотдачи в соответствии с изложенным выше возрастут для пара и воды соответственно до 7780 и 21496 Вт/м²К. Расчет сетевого подогревателя с накатными трубами и прочих равных условиях дал следующие результаты: коэффициент теплопередачи 5712 Вт/м²К, поверхность теплообмена 2754 м², число труб 7058, длина труб 6,54 м, общая длина корпуса 9,34 м, диаметр корпуса 3,154 м. Таким образом, применение труб с кольцевыми накатками может снизить требуемую поверхность теплообмена подогревателя в 1,8 раза, сократить число труб на 2340 единиц, уменьшить длину подогревателя примерно на 3,5 м, а диаметр корпуса примерно на 0,5 м. Все это понизит металлоемкость и стоимость подогревателя. Учитывая, что затраты энергии на прокачку теплоносителя возрастут, решение о целесообразности применения накатных труб в сетевом подогревателе может быть принято после соответствующего технико-экономического анализа.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Назмеев, Ю.Г. Теплообменные аппараты ТЭС / Ю.Г. Назмеев, В.М. Лавыгин. – М.: Изд. дом МЭИ, 2007. - 269 с.

2. Методы интенсификации теплообмена. URL: http: // www. Ims.kgeu.ru/pluginfile (дата обращения: 12.11.2015).

3. Методы интенсификации теплообмена при конденсации пара. URL: http: // www. vunivere.ru/work50413 (дата обращения: 09.12.2015).

Код для цитирования: Скопировать