Разработка эффективного водогрейного котла-утилизатора

Введение.

Проблемы утилизации тепла отходящего газа актуальны при производстве. Тепловые вторичные энергетические ресурсы - наиболее распространенный вид энергетических отходов. Эффективная утилизация тепловых выбросов позволит уменьшить расходы на энергоносители. Здание лепешечной, в которой применено техническое устройство водогрейного котла-утилизатора (ВКУ), - распространенный вид производственного здания в восточных странах, в котором горячее водоснабжение и отопление может осуществляться за счет использования утилизированного тепла, отходящего при работе групп печей-тандыров. Цель исследования - изучение процесса конвективного нестационарного течения потока тепла, протекающего по трубе теплообменника тандыров, и на его основе разработка несложной по устройству, малогабаритной, простой в изготовлении, экономичной и безопасной модели водонагревательного устройства для нужд народного хозяйства.

Материалы и методы.

В основу исследования положена комплексная методология изучения, анализа и обобщения теплофизических процессов на базе конвективного нестационарного течения потока тепла, протекающего по трубе теплообменника печей-тандыров.

Результаты.

Научно-технический результат, заключающийся в повышении тепловой эффективности ВКУ, сконструированного в здании лепешечной, обеспечивается за счет эффекта нагрева, аккумуляции и теплоотдачи вертикальных оребренных стальных нагревательных теплоемких труб теплообменников, помещенных в цилиндрический котел, при конвективном нагреве их отводящим газовым теплоносителем без возврата тепла в водогрейный котел.

Выводы.

Разработан проект здания лепешечной с научно и практически обоснованной сконструированной ВКУ группой тандыров, представляющей собой вертикальную цилиндрическую емкость, заполненную водой, внутри которой помещены отводящие вертикальные теплообменные трубы, проходя через них, тепло, выделяемое при функционировании тандыров-печей в процессе выпечки хлеба-лепешки возгоранием дров, угля, природного газа или электронагревателей, нагревает воду секций котла, которая служит для горячего водоснабжения потребителей и отопления помещений здания. Установлено, что метод оребрения труб расширяет область применения устройства, дополнительно повышая коэффициент теплоемкости и теплообмена, и производительность оборудования.

1. Курбангалеев А.А., Тазюков Ф.Х., Батталов А.Ф., Еникеева С.Р., Лившиц С.А., Лебедев Р.В. Модель движения потока газа в трубе с диафрагмой при ламинарном режиме течения // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2021. № 3 (48). С. 261-268.

2. Сухоцкий А.Б., Сидорик Г.С. Экспериментальное исследование теплоотдачи однорядного пучка из оребренных труб при смешанной конвекции воздуха // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2017. Т. 60. № 4. С. 352-366. DOI: 10.21122/1029-7448-2017-60-4-352-366

3. Мадышев И.Н., Санников И.В. Сравнение различных методов интенсификации конвективного теплообмена в трубах при турбулентном течении жидкости // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24. № 3. С. 71-75.

4. Kapustenko P., Arsenyeva O., Fedorenko O., Kusakov S.Integration of low-grade heat from exhaust gases into energy system of the enterprise // Clean Technologies and Environmental Policy. 2022. Vol. 24. Issue 1. Pp. 67-76. DOI: 10.1007/s10098-021-02082-3

5. Бойко Е.А. Котельные установки и парогенераторы : учебное пособие. Красноярск : ФАО РФ ГОУВПО КГТУ, 2005. 292 с.

6. Валиулин С.Н., Пискулин В.Г., Шабаров В.В. Проектирование водотрубного котла-утилизатора на базе численного моделирования тепловых и гидрогазодинамических процессов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2014. № 1. С. 48-54.

7. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: эксплуатация и ремонт : справоч. пособие. 2-е изд. перераб. и доп. М. : НПО ОБТ, 2006. 113 с.

8. Лощаков И.И., Ромахова Г.А., Трещев Д.А. Характеристики котла-утилизатора парогазовых установок // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2009. № 3. С. 117-123.

9. Малков Е.С., Шелыгин Б.Л. Разработка расчетных моделей котла-утилизатора для анализа эффективности сжигания дополнительного топлива // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2013. № 1. С. 15-18.

10. Gubarev A.V., Golovkov M.A., Dyachuk D.S., Bychikhin S.A. Methods and devices of heat wasted gases utilization from stationary engines of internal combustion // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1066. P. 012018. DOI: 10.1088/1742-6596/1066/1/012018

11. Zapolskaya I.N., Vankov Yu.V., Zverev O.I., Rotach R.R. The impact of the transition of hot water “preparation” by means of individual heating stations on the Kazan energy system // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 124. P. 05012. DOI: 10.1051/e3sconf/201912405012

12. Webb R.L. Principles of enhanced heat transfer. Wiley : New York, 1994. 246 р.

13. Kraus A.D., Aziz A., Welty J. Extended Surface Heat Transfer. John Wiley & Sons Inc., 2001. 1105 p.

14. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена. Интенсификация теплообмена / под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань : Центр инновационных технологий, 2009. 509 с.

15. Новичков С.В., Бурденкова Е.Ю. Использование теплоты уходящих газов котла-утилизатора бинарной ПГУ для обогрева тепличного хозяйства // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 3. С. 20-24. DOI: 10.18635/2071-2219-2020-3-20-24

16. Стерхов К.В. Исследование естественной циркуляции в вертикальном котле-утилизаторе : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2017. 20 с.

17. Ениватов А.В., Артемов И.Н., Савонин И.А. Оптимизация тепловой схемы котельной с утилизатором тепла дымовых газов // Инженерный вестник Дона. 2018. № 1 (48). С. 12.

18. Зубова А.О. Актуальность утилизации теплоты дымовых газов // Инженерные и социальные системы : сб. науч. тр. 2019. С. 106-111.

19. Горфин О.С., Яблонев А.Л., Щербаков И.П. Теплоутилизаторы и очистители дымовых газов ТЭЦ // Энергия: экономика, техника, экология. 2019. № 2. С. 33-39. DOI: 10.7868/S0233361919020058

20. Dumitrescu C., Rădoi R., Cristescu C., Dumitrescu L. Experimental model of a combined thermal system for efficient use of renewable energies // INMATEH Agricultural Engineering. 2020. Vol. 60. Issue 1. Pp. 287-294. DOI: 10.35633/inmateh-60-32

21. Бураков А.А. Система охлаждения уходящих газов // Научный лидер. 2021. № 42 (44). С. 318-321.

22. Тимофеев С.В. Тригенерация на твердом топливе для автономного обеспечения // Вестник науки и образования. 2019. № 18 (72). С. 42-47.

23. Патент RU № 2382287 C1. Водогрейный теплофикационный котел-утилизатор / С.А. Петриков, А.С. Тарасов, Е.Р. Спильник, Г.Е. Рузаев. Заявка № 2008132142/06 от 06.08.2008.