Учебное пособие 2166

кислородный ВХР, с дозированием кислорода в питательный тракт (применяется в прямоточных котлах). Стоит отметить, что размер присадок химических реагентов во всех случаях определяется на основании результатов систематических химанализов, что является залогом правильной реализации ВХР.

Изменение интенсивности коррозии теплообменных поверхностей котлоагрегатов

1. В зависимости от места их расположения Исследования показывают значительную разницу коррозии поверхностей нагрева

котлов в зависимости от их расположения в топке. Так, нижние радиационные части (НРЧ) котлов наиболее подвержены подшламовой коррозии.

В результате анализа причин формирования железооксидных отложений в теплообменных поверхностях водогрейных котлов (ВК) были выявлены следующие особенности [6]:

-наибольшее количество отложений наблюдалось на нижней образующей верхних змеевиков: 632,5 и 644 г/м2, на верхних образующих – 250 г/м2. Наименьшее количество отложений обнаружилось на нижних образующих нижних секций – около 150-180 г/м2, при этом доля рыхлых отложений составила 26-42% общей массы отложений. В верхних теплонапряженных конвективных секциях доля рыхлых отложений составила 17-28%;

-большое количество отложений наблюдалось на нижних половинках разрезанных труб верхних секций, то же можно отметить и для верхних половинок образцов труб нижних секций. Причина этих различий обусловлена, в основном, влиянием различной плотности теплового потока.

Особенности коррозии в подогревателях высокого давления (ПВД) во многом связаны

сповышенной скоростью среды в змеевиках. Для деаэрированных нейтральных вод увеличение скорости среды от 0 до 8 м/с приводит к повышению скорости коррозии при длительности испытаний 1000 ч с 23,8 до 79 мг/(мг-ч).

Снижение коррозионной активности достигается следующим:

а) применение кислорода, как пассиватора. При повышении концентрации от 200 до 500 мкг/кг скорость коррозии снижается с 79 до 5 мкг/(кг-ч) при скорости теплоносителя 8 м/с;

б) в условиях замкнутого цикла работы котлоагрегата новые методы восстановительной термообработки (ВТО), в сочетании с кислотной отмывкой, могут значительно снизить общее количество отложений, сохраняя при этом целостность оксидной пленки. Это позволит понизить скорость в ПНД (за счет понижения общего сопротивления) и существенно увеличить ресурс теплообменных поверхностей.

Общие положения, касающиеся котельной коррозии, в равной мере применимы и к экономайзерам. При этом вода, проходящая через экономайзер, имеет, как правило, низкое значение рН и не содержит химических ингибиторов. При этом иногда обработка котловой воды осуществляется пропусканием части ее через экономайзер. Как следствие, экономайзеры наиболее подвержены кислородной коррозии.

Условия работы ПНД во многом схожи с работой конденсатно-питательного тракта до деаэратора, но при этом подогреватели низкого давления в немалой степени влияют на выбор ВХР, так как могут выполняться как из сталей, так и из латуни и латунных сплавов.

2. В зависимости от значений теплонапряжений:

-в целом по теплообменным поверхностям котельного оборудования

Данные исследований паровых котлов [7] дают такие результаты скоростей коррозии: на поверхности с тепловой нагрузкой 50000-60000 Вт/м2 – 0,15 мг/см2 в месяц; на поверхности с тепловой нагрузкой 250000-350000 Вт/м2 – 2 мг/см2 в месяц.

Данная проблема наиболее актуальна для нижней радиационной части (НРЧ) трубопроводов, застойных зон барабанов котлов и участков котельных трубопроводов с низкой скоростью движения теплоносителя. Однако важна и концентрация железа, так при

102

показателях около 10 мкг/дм3 и тепловом потоке 50 кВт/м3 общее количество отложений было примерно в 5 раз меньше, чем при тепловом потоке 300 кВт/м3;

- в отдельных зонах котла Возрастание скорости коррозии наблюдается в экономайзерах, так как это первая

поверхность нагрева, пропускающая подпиточную воду и испытывающая высокие тепловые нагрузки;

- в местах наиболее интенсивного испарения влаги Пароперегревательные поверхности испытывают большие тепловые нагрузки, при

постоянной угрозе пережога змеевиков со стороны входа насыщенного пара. Это происходит вследствие выноса частиц влаги и, как результат, накипеобразования.

С этим связана еще одна особенность паровых котлов: в них наиболее интенсивное отложение солей происходит в той части испарительной зоны, в которой испаряются последние капли влаги и начинается перегрев пара. В котлоагрегатах докритического давления эта часть испарительной зоны по величине изменения энтальпии достаточно узка

(200-250 кДж/кг).

Положительные результаты возможны при следующих условиях:

а) при изменении схемы и использования перегревателей смешанного типа; б) в условиях барабана котла:

-переход на ступенчатое испарение (введение чистого и солевого отсеков в тепловую

схему);

-поддержание щелочности среды фосфатированием;

-непрерывная «продувка», определяемая расчетом по соотношению (2):

где aп.в, ак.в, ап – солесодержание питательной, продувочной (котловой) воды и пара, мг/л; РО43- - содержание фосфатов в продувочной воде, мг/л; 1,73 – коэффициент пересчета ионов РО43- на Na3PO4.

Расчет проводится на основании анализов состава котловой воды (солевого отсека в случае присутствия его в конструктивной схеме);

в) в условиях теплообменных поверхностей (в особенности наиболее теплонапряженных) как барабанных, так и прямоточных котлов, лучшие результаты показывает применение нейтрального окислительного режима;

г) при соблюдении скоростей паровой смеси на выходе солевого отсека.

3. В зависимости от значений давления и температуры по длине конденсатнопитательного тракта

На участках конденсатного тракта, находящихся под разрежением, через неплотности в соединениях присасывается атмосферный воздух. Обогащение диоксидом углерода сопровождается смещением рН среды в кислую область и резким увеличением скорости коррозии. Это существенно ухудшает условия работы конденсатопроводов до деаэратора.

Коррозия конденсатно-питательного тракта опасна не только тем, что повреждаются поверхности оборудования, но и тем, что при этом питательная вода обогащается продуктами коррозии. С увеличением их выноса усиливаются процессы подшламовой коррозии и железооксидного накипеобразования в остальном оборудовании котлоагрегата.

В качестве методов снижения скорости коррозионных процессов теплообменных поверхностей необходимо рассмотреть следующие:

а) свободный СО2 успешно связывается аммиаком; б) положительные результаты возможны в случае:

- постоянной автоматической дозировки гидразингидрата для стабилизации его концентрации после деаэратора;

103

-поддержания необходимой воздушной плотности конденсатного тракта,

позволяющей поддерживать содержание О2 не выше 30 мкг/кг (это в немалой степени обеспечивается предотвращением локальной коррозии, свойственной латунным подогревателям);

-в случае невозможности соблюдения пониженных концентраций кислорода, режим амминирования необходимо проводить из расчета отсутствия свободного аммиака по воднопитательному тракту (не более 500 мкг/кг NH3);

-поддержанием высокого качества обессоленного конденсата, не допуская повышения удельной электрической проводимости выше 0,3 мкСм/см и значение рН не ниже 7,3-7,5, а также не допускать переохлаждения конденсата.

4. В зависимости от качественного состава воды

Определяющей является концентрация СО2 и Н¯. Результатом концентрации СО2 в пределах 0,3 мг/кг становится понижение рН до 5,5-6,0. Повышение температуры интенсифицирует данный процесс, так при 60-70 0С уже наблюдается недопустимая скорость коррозии [8]. Данные явления свойственны регенеративным подогревателям питательной воды, особенно при недостаточно эффективном удалении неконденсирующихся газов. При

этом комплексы Cu(NH3)4(OH)2 разлагаются в ПДВ с образованием менее растворимых окислов, осаждающихся на поверхности трубок.

Методом повышения срока работы теплофикационного оборудования без остановов и аварий может являться сочетание конструкций подогревателей (переход на сталь как конструктивный материал) с правильным исполнением ВХР, что существенно снижает риск серьезных коррозионных повреждений.

5. В зависимости от вида ВХР Применение каждого вида ВХР зависит от типа, структуры, назначения и технического

состояния каждого котла. Реализация любого из них содержит и минусы, и плюсы.

Так, в случае реализации обычного ГАВР значение рН поддерживается в пределах 9,1 ± 0,1. При режиме повышенного амминирования значение рН доводится до 9,44-9,60.

Режим повышенного амминирования хорошо зарекомендовал себя не только при постоянных, но и при переменных тепловых нагрузках (для схем с регенеративными ПНД из углеродистой стали). Стоит, однако, отметить, что авторы не упоминают об отсутствии проблем, присущих гидразийным режимам, вообще.

К основным недостаткам ГАВР можно отнести интенсивное образование малотеплопроводных железоокисных отложений в НРЧ. Эта особенность приводит к развитию подшламовой коррозии, а при наличии переменных термических напряжений – всех видов щелочной коррозии.

При ГАВР слой отложений сравнительно однороден по составу и образован из

ферритов (Fе3О4) или МеFе2О4.

Положительные результаты могут дать следующие методы коррекции:

а) применение одной из разновидностей ГАВР, которым является комплексонный водно-химический режим. При этом ВХР отложения характеризуются более плотной упаковкой и, следовательно, большей теплопроводностью (в 2-3 раза) по сравнению с обычным ГАВР;

б) избежание таких ошибок, как введение реагентов до деаэратора (в выгодную область температур от 150 до 300 0С).

В настоящее время ВХР с дозированием кислорода внедрен на всех крупных отечественных котельных с прямоточными котлами и практика доказывает его

эффективность.

При введении кислорода, до его концентрации от 200 до 500 мкг/дм3 в конденсате, происходило значительное снижение содержания железа в питательной воде и паре (по

104

сравнению с ГАВР), соответственно с 8,2 до 3,3 мкг/дм3 и с 6,2-6,3 мкг/дм3 до 3,3-3,1 мкг/дм3.

При кислородном водно-химическом режиме слой отложений резко меняет природу и происходит разделение на довольно плотную, с хорошим сцеплением между частицами, верхнюю пленку и вязкий подслой, лежащий на металле (толщина наружного слоя 0,6-1,0 мкм, а внутреннего – примерно 0,5 мкм).

Разница состава и формы отложений наглядно показывает таблица экспериментальных данных.

Таблица Состав верхнего слоя отложений продуктов коррозии железа при различных ВХР

*Примечание: АВР – аммиачный водно-химический режим; КАВР – кислородноаммиачный водно-химический режим; ВВР – восстановительный водно-химический режим.

Здесь стоит обратить внимание на данные с учетом присутствия в котловой воде органических примесей. Так, авторы [7] экспериментально доказали, что в присутствии уксусной кислоты происходит растворение магнетита (Fe3O4) в соответствии со следующей реакцией:

Fe3O4+2CH3COOH ↔Fe(CH3COO)2-nn+(2-n)CH3COO-+H2O+Fe2O3.

Эксперименты проводились при двух ВХР: аммиачном (АВР+органика) и кислородноаммиачном (КАВР+органика); концентрация органических примесей в воде перед экспериментальным участком составила примерно 0.1 мг/мд3.

Результаты [7] показали, что в среднем, при аммиачном ВХР скорость коррозии повысилась в 3.8 раза, а при кислородно-аммиачном – в 8 раз по сравнению с условиями отсутствия органических примесей. Аналогичны результаты и для ТГУ с барабанными котлами [9].

Переход от ГАВР к КВХР, при работе фильтров блочной обессоливающей установки в NH4-форме, привел к снижению содержания железа в питательной воде с 4,6 до 1,0 мкг/дм3. Отмечено, что при переходе к КВХР снизилось количество коррозионных повреждений в ПВД.

Как условие эффективного применения ВХР и методов снижения коррозионной активности следует учесть:

а) практически при любых условиях КВХР обеспечивает значительное увеличение продолжительности срока безаварийной работы теплофикационного оборудования, при условии строгого контроля содержания органических примесей во всем объеме котлоагрегата. Можно предположить, что наиболее проблематичным будет выполнение этого требования в условиях эксплуатации барабанных водогрейных котлов со значительным сроком службы.

б) Значительное накопление шлама (при излишнем дозировании фосфатов или невыполнении соотношения Na3PO4 и кислой соли Na2HPO4) в застойных зонах (например, в торцах барабана) приводит к прикипанию шлама. Поэтому при фосфатировании следует обеспечивать активное использование продувки и движение воды без застойных и

105

тупиковых зон в барабанах и коллекторах. Кроме того, целесообразно также снижение жесткости питательной воды, например, ее глубоким умягчением.

Таким образом, подводя итоги вышеизложенному анализу причин коррозии теплообменных поверхностей котельного оборудования, можно сказать, что:

1.При нормативных показателях качественного состава подпиточных вод и для барабанных, и для прямоточных котлов систем теплоснабжения водно-химический режим с дозированием кислорода в конденсатно-питательный тракт ТГУ показывает отличные результаты, значительно увеличивая срок безаварийной работы оборудования, что положительно сказывается на потребителях теплоты, как в экономическом плане, так и с точки зрения надежности. Перспективны и требуют дальнейшего изучения возможные сочетания вариантов химической водоподготовки и окислительного водно-химического режима.

2.Кроме дальнейшего совершенствования кислородного водно-химического режима следует отметить существование возможности применения новых вариантов восстановительной термообработки в сочетании с отмывкой теплообменных поверхностей, что также требует проведения дополнительного экспериментального обоснования в системах теплоснабжения.

3.В случае невозможности реконструкции, модернизации или перехода от вариантов гидразин-аммиачного водно-химического режима к режиму с дозированием кислорода надежностный ресурс системы теплоснабжения могут повысить: пересмотр точек и объемов дозирования реагентов в котловую воду или, как минимум, контроль излишнего амминирования конденсата.

Библиографический список

1.Кузнецов Е.П., Кобышева Н.В., Дацюк Т.А., Мусийчук Ю.И., Васильев В.А., Голубева С.Е., Таратин В.А. Качество теплоснабжения городов / СПб.: ПИЭПК.- 2004.

2.Троянский Е.А. Металлы котлостроения и расчет прочности деталей паровых котлов / Л.: Энергия.- 1994.

3.Акользин П.А. Коррозия металла паровых котлов / Л.: Энергия.- 1977.

4.Деев Л.В., Балахничев Н.А. Котельные установки и их обслуживание / М.: Высшая школа.- 1990.

5.Голубцов В.А., Гурвич С.М., Кострикин Ю.М., Мамет А.П. Под ред. Голубцова В.А. Справочник химика-энергетика / Л.: Энергия.- 1980.

6.Шицман М.Е., Зройчиков Н.А., Панченко Ф.В., Зройчикова Т.В. Анализ причин формирования железооксидных отложений в теплообменных поверхностях водогрейных котлов // Электрические станции.- 1998.- №4.

7.Макрушин В.В. Влияние водно-химических режимов на коррозию углеродистой стали и образование отложений продуктов коррозии в тракте барабанных котлов // Теплоэнергетика.- 2005.- №8.

8.Гусева М.И., Коршунов С.Н., Мартыненко Ю.В., Скорлупкина И.Д. Влияние водорода на механические свойства металлов // Известия РАН. Серия физическая.- 2006.-

№6.

9.Dedekind I., Aspend D., Ken J. Oxygenated feed water treatment at the world’s largest fossil power plant // Power plant chemistry.- 2001.- Volume 3, №11.

The bibliographic list

1. Kuznetsov Е.П., Kobysheva N.V., Datsjuk T.A., Musijchuk J.I., Vasilev V. A, Golubeva S.E., Taratin V. A. Quality of a heat supply of cities // SPb.: ПИЭПК.- 2004.

106

THE PRODUCT OF SMOKE GASES OF HEATGENERATING PLANTS

OF HEAT SUPPLY

The present paper intensification the processes of heat of condensation. It is shown, that feature using the heat condensation smoke gases in heat-generating plants is actual. Integration of the differential equations obtained makes it posssible to get heat and structural parameters for calculating pressurized heat-utiliters.

Повышение эффективности работы теплогенерирующих установок (ТГУ) систем теплоснабжения за счет применения глубокой утилизации теплоты продуктов сгорания является актуальной задачей, решение которой может быть достигнуто как в области создания новых технических решений котельного оборудования, так и путем разработки перспективных тепловых схем ТГУ.

Эффективность использования топлива в ТГУ главным образом определяется:

а) химической полнотой сгорания топлива (зависящей от остаточного содержания в продуктах сгорания горючих компонентов);

б) физической теплотой продуктов сгорания (зависящей от температуры и степени разбавления их избыточным воздухом).

При этом при оценке эффективности использования топлива на основе низшей теплоты сгорания обычно не учитывается возможность использования теплоты конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания. При подсчете на основе высшей теплоты сгорания КПД котлов может быть доведен до 95-97 %, что соответствует примерно 105-107 % по отношению к низшей теплоте сгорания.

Работы по повышению эффективности использования топлива при его сжигании в теплогенерирующих установках ведутся, в основном, по двум направлениям:

1.Оптимизация процесса сжигания.

2.Оптимизация использования ресурсов теплоты, содержащейся в продуктах сгорания. Рассмотрение вопроса возможного снижения потерь теплоты с продуктами сгорания начинают с тщательного изучения подробных тепловых балансов и условий теплообмена между потоком продуктов сгорания и теплоносителем. При использовании теплоты конденсации водяного пара, находящегося в продуктах сгорания, эффективность теплообмена повышается благодаря происходящему одновременно с ним процессу массообмена. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации водяного пара, может составлять 9-12 % от низшей теплоты сгорания газа (меньшее значение относится к

сжиганию твердого топлива).

Полная энтальпия продуктов сгорания составляет значительную часть низшей теплоты сгорания топлива, однако, для ее использования необходимо охладить продукты сгорания до температур, меньших 50 - 60˚С (если их давление равно атмосферному). При этом оптимальная минимальнодопустимая температура охлаждения дымовых газов котлов (например, при числе часов работы котельных около 7000 ч/год) составляет 38,5˚С [1].

Идея использования теплоты конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания природного газа, была разработана впервые в нашей стране. Первые установки с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания были созданы в послевоенные годы и положили начало целой серии разработок установок с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания. Эти работы продолжаются и в настоящее время Российским государственным университетом нефти и газа им. И.М. Губкина, Научно-исследовательским институтом санитарной техники и оборудования зданий и сооружений, Академией коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и рядом других организаций, промышленных предприятий.

Тем не менее, в России конденсационные котлы и оборудование, использующее скрытую теплоту конденсации водяных паров продуктов сгорания, не получили до сих пор

108

такого широкого распространения, как, например, в странах Европы. Это объясняется причинами объективного и субъективного характера:

-более высокой стоимостью конденсационных моделей;

-отсутствием у потребителя стимулов экономии потребления топлива, достигаемого за счет более высокого уровня энергосбережения.

Однако с ростом цен на традиционные энергоносители и введением более строгих нормативов на вредные выбросы ТГУ установка более дорогого, но вместе с тем высокоэффективного и экологичного котельного оборудования должна стать выгодной, что может повысить спрос на конденсационные модели.

Ксожалению, отечественные производители в силу ряда объективных причин сегодня не готовы поставить на наш рынок подобную технику, которая могла бы быть конкурентоспособной (хотя бы по ценовому диапазону). Поэтому в настоящее время сегмент конденсационного оборудования представлен главным образом иностранными производителями.

При этом можно выделить:

а) специализированные водогрейные котлы с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания на поверхности нагрева, конструктивно объединенной с топочным устройством;

б) самостоятельные поверхностные экономайзеры с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания, присоединяемые к действующим водогрейным котлам.

Газовые котлы с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания производятся в Германии (Viessmann, Buderus, Vaillant, Junkers, Wolf), Италии (Ariston, Baxi, Ferroli и др.),

во Франции (De Ditrich), Нидерландах (Rendamax), Восточной Европе (Protherm, Чехия), а также в Японии и Великобритании. Тепловая мощность котлов колеблется в весьма широких пределах – от 6 до 274 кВт.

Как показано выше, использование теплоты конденсации водяного пара из продуктов сгорания позволяет существенно повысить экономичность работы ТГУ. Процесс теплообмена при конденсации, как и всякий процесс теплообмена, может быть интенсифицирован. Существует три пути: создание развитой поверхности нагрева, повышение скорости продуктов сгорания, повышение давления продуктов сгорания.

1. Создание развитой поверхности нагрева (например, применением оребренных труб). Основным показателем, определяющим целесообразность использования материала для изготовления поверхности нагрева в конденсационных котлах, является степень коррозионной активности конденсата, выделяющегося из потока продуктов сгорания. Качество и надежность работы любого водонагревателя обеспечивается правильным

режимом его работы.

Конденсат, образующийся при сжигании топлива, представляет собой слабую кислоту рН = 3,5 - 4,5. Известно, что для рН < 7 коррозия имеет более равномерный характер и на поверхности металла не образуются язвины.

Ряд исследований, посвященных специальному подбору материалов для конденсационных поверхностей нагрева, в которых может возникать коррозия, позволил обосновать использование для этой цели хромоникелевых сталей, сплавов Al c Mg, Mn или Si. При этом отмечалось [2], что эффективным является применение поверхностей нагрева, изготовленных из алюминиевых сплавов, так как они обладают более высоким коэффициентом теплопроводности, чем поверхности нагрева, изготовленные из хромоникелевых сталей (115 - 230 Вт/м/град). Однако скорость коррозии в поверхностях нагрева, изготовленных из алюминия, выше, чем в теплообменниках из нержавеющей стали. Кроме того, поверхность алюминиевых теплообменников в процессе эксплуатации требуется периодически очищать от окислов, которые снижают эффективность процесса теплопередачи. Следует также отметить, что конденсационные котлы, оборудованные

109

теплообменниками из нержавеющей стали, имеют более высокую стоимость, чем аналогичное оборудование, оснащенное теплообменниками из альтернативных материалов.

Имеются данные о применении стеклянных трубок в качестве поверхностей нагрева низкотемпературных утилизационных установок. На протяжении трех последних десятилетий изготовлен и опробован целый ряд стеклянных трубчатых подогревателей.

Использование специальных коррозионно-стойких покрытий резко снижает скорость коррозии, но также приводит к понижению тепловой эффективности утилизационных установок – примерно на 5 %. Так, например, эмали А-32 и А-168, разработанные в Государственном институте стекла, позволяют в 10-20 раз снизить скорость коррозии по сравнению со сталью. Ввиду сложности обеспечения сплошности покрытия его выполняют с двумя слоями кислотостойких эмалей, что ведет к увеличению капиталовложений. Коррозионная стойкость образцов с эмалевым покрытием снижается за год в 3-4 раза, а эмаль стареет и, как всякое стекло, обладает хрупкостью. Из лаковых покрытий наибольшей стойкостью обладают термообработанные покрытия на основе бакелитового лака.

Высокой коррозионной стойкостью обладают стеклопластик, органическое стекло и листовой фторопласт - 4 (политетрафторэтилен). Эти материалы надежно работают при температуре до 250˚С и не теряют эластичности до 200 ˚С. Однако и эти материалы имеют высокую стоимость. Кроме того, они трудно крепятся на защищаемой поверхности.

2. Повышение скорости продуктов сгорания.

Этот способ является относительно неэффективным и имеет ограниченные пределы применения в связи с резким ростом аэродинамического сопротивления котла, высокими шумовыми характеристиками.

3.Повышение давления продуктов сгорания.

Вработе [3] приводятся данные по исследованию процесса теплообмена при конденсации водяных паров из продуктов сгорания и сепарации капельной влаги при повышенном давлении. В условиях проведенных экспериментальных исследований конденсация водяных паров начиналась при температуре от 70 до 85°С, что превышает

соответствующую температуру точки росы в обычных условиях на 15 - 20°С. Доказано, что благодаря высокой температуре начала конденсации водяных паров в теплоутилизационных устройствах возможно эффективное использование теплоты конденсации водяных паров продуктов сгорания для подогрева сетевой и питательной воды, а с помощью влагоотделителей удавалось отделить от 70 до 80 % сконденсировавшихся водяных паров.

Повышенное давление продуктов сгорания значительно интенсифицирует теплообмен в теплоутилизационных устройствах. Полученные средние опытные значения коэффициента теплопередачи продуктов сгорания в области температур выше точки росы менялись от 80 до 230 Вт/(м2 К), что в 3 - 3,5 раза превышает значения коэффициента теплопередачи для аналогичных поверхностей нагрева котельных установок[4]. Экспериментом было установлено, что наличие конденсирующихся водяных паров значительно интенсифицирует теплообмен при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы. Средние значения коэффициента теплопередачи в зависимости от режима проведения опытов менялись от 80 до 460 Вт/(м2 К), что также значительно превышает этот параметр в аналогичных поверхностях нагрева котельных установок, в том числе для децентрализованного теплоснабжения.

Особенностью работы напорной части теплоутилизатора является "глубокое" (по сравнению с традиционными теплоэнергетическими установками) охлаждение продуктов сгорания - до 20-30°С при повышенном промежуточном давлении (0,2 - 0,3 МПа) по газовой стороне, благодаря чему значительно интенсифицируется теплообмен на поверхностях нагрева, повышается температура точки росы продуктов сгорания и степень использования

110

теплоты конденсации водяных паров продуктов сгорания для подогрева питательной воды и воды для системы горячего водоснабжения.

Значительная доля теплоты (до 20 %), основную часть которой составляет теплота конденсации водяных паров продуктов сгорания, выделяется при сравнительно низких температурах 20 – 80°С и передается при малых температурных напорах (по сравнению с обычными поверхностями нагрева котельных агрегатов). Поэтому может создаться мнение о развитии больших поверхностей нагрева для достижения столь "глубокого" охлаждения продуктов сгорания. Однако следует учесть, что поверхности напорной части теплоутилизатора работают под повышенным промежуточным давлением продуктов сгорания. В зоне температур ниже точки росы, вследствие конденсации водяных паров из продуктов сгорания, большая часть теплоты будет передаваться за счет скрытой теплоты конденсации водяных паров на поверхностях теплообмена. Это позволяет значительно интенсифицировать теплообмен в напорной части теплоутилизатора, что и приводит к уменьшению поверхности нагрева.

а)

т. 1

Рис.1. Двухступенчатый напорный теплоутилизатор: а) вид сверху; б) вертикальный разрез:

А - конденсационная напорная ступень; Б - безнапорная ступень; 1 - бесфитильные тепловые трубы;2 - перфорированные пластины; 3 - дроссельное устройство; 4 - биметаллические бесфитильные тепловые трубы; 5

- кольцевые ребра; 6 – коллектор

На рис. 1 показан предлагаемый напорный теплоутилизатор (НТУ) с бесфитильными тепловыми трубами и струйной поверхностью теплообмена. Каждый ряд бесфитильных тепловых труб 1 имеет два ряда перфорированных пластин-ребер 2. Отверстия первого ряда формируют струи, а во второй ряд происходит удар струй, интенсифицирующих тепло - и

111