Рекуперативные теплообменники

Пример применения конденсационного рекуперативного теплообменника для повышения эффективности использования природного газа в котельных установках показан на рис. 6.8.

Продукты сгорания природного газа после котла 1 проходят водяной экономайзер 2, охлаждаются до температуры 135÷150 °С и затем разделяются на два потока. Приблизительно 70÷80 % газов направляется по главному газоходу 75 и поступает в кон­денсационный теплоутилизатор 6 поверхностного типа, осталь­ная — в байпасный газоход 14. В теплоутилизаторе 6 продукты сгорания охлаждаются сырой водой до 35÷40 °С, при этом про­исходит конденсация части содержащихся в них водяных паров, что позволяет полезно использовать как физическую теплоту дымовых газов, так и скрытую теплоту конденсации части со­держащихся в них водяных паров. Охлажденные продукты сго­рания после каплеотделитсля 9 смешиваются с проходящими по байпасному газоходу 14 неохлажденными продуктами сгорания и при температуре 65÷70 °С отводятся дымососом 10 через ды­мовую трубу в атмосферу. Подогретая в конденсационном теп­лоутилизаторе 6 вода последовательно проходит через систему химводоочистки 5, кожухотрубный теплообменник 4, термиче­ский деаэратор 3, водяной экономайзер 2 и подается на подпит­ку в паровой котел 1.

Вырабатываемый в котле 1 пар может поступать в кожухот­рубный теплообменник 12, где в процессе теплообмена конден­сируется, а конденсат отводится в сборный конденсатный бак 11. Часть пара направляется в редукционную установку 13 и после понижения давления подается в кожухотрубный теплообменник 4 для подогрева химически очищенной воды, а также в деаэра­тор 3 для деаэрации подпиточной воды и конденсата, поступаю­щего из бака 11. Подача по трубопроводу 16 выпара деаэратора 3 в основной газоход 15 к теплообменнику-утилизатору 6 позво­ляет дополнительно интенсифицировать теплообмен за счет конденсации выпара и орошения поверхности теплообменника. Через гидравлический затвор 8 конденсат выпара совместно с конденсатом продуктов сгорания поступает в сборник 7 и отво­дится в сборный конденсатный бак 11.

Суммарная экономия энергии определяется снижением тем­пературы уходящих газов, конденсацией из них водяных паров, утилизацией теплоты выпара деаэратора, а также использовани­ем теплоты образовавшегося конденсата для подогрева, напри­мер, химочищенной воды на подпитку котла.

Для предупреждения конденсации водяных паров в газоходах и дымовой трубе можно использовать частичное байпасирование горячих газов (рис. 6.8). Из рис. 6.9 видно, что разделение на два потока уходящих из котла газов, имеющих температуру t₁ (точка 1), позволяет путем ох­лаждения и осушения одного из них в конден­сационном теплообмен­нике до t₂ (точка 2) иметь после смешения (точка 3) более низкие значения температуры t₃, влагосодержания d₃ и температуры точки ро­сы t_p.

Особенностью про­цессов глубокого ох­лаждения парогазовых смесей является изме­нение их количества вследствие конденсации части водяных паров, для расчета которого можно использовать выражение (9.32).

Рис. 9.9. Принципиальная схема байпасирования уходя­щих после котла газов, и изо­бражение изменения их со­стояния в H-d диаграмме

Процессы теплопередачи в подобных теплообменниках, как показывают экспери­ментальные исследования А. Кудинова [29], протекают более интенсивно, чем при «сухом» теплообмене. Для определения конструктивных размеров конденсационного теплообменника-утилизатора можно использовать следующее соотношение:

Влияние конденсации в данном выражении учитывается чис­лом орошения К = Wd/μ, где W — плотность орошения наружной поверхности теплообменника, кг/(м²·с); d — внешний диаметр ребристой трубки, м; μ— коэффициент динамической вязкости продуктов сгорания, Па·с. При вычислении чисел Nu и Re за оп­ределяющий линейный размер принят внешний диаметр трубы, а скорость потока отнесена к самому узкому поперечному сече­нию теплообменника (канала). Определяющей температурой яв­ляется средняя температура продуктов сгорания. Для того чтобы рассчитать коэффициент теплоотдачи по выражению (6.37) сле­дует определить количество полученного конденсата по выра­жению (6.32), которое, в свою очередь, зависит от интенсивнос­ти теплообмена. Поэтому расчеты теплообмена с использовани­ем выражения (6.37) следует проводить методом последователь­ных приближений.