3241

тепла, необходимо всегда изучать и анализировать тип рассматриваемого процесса, а также нужно правильно выбирать подходящий метод рекуперации отработанного тепла для оптимизации энергоэффективности.

Литература

1.Bruckner, S. Industrial waste heat recovery technologies: an economic analysis of heat transformation technologies / S. Bruckner, S. Liu, M. Laia, M. Radspieler, L.F. Cabeza, L. Eberhard // Applied Energy. – 2015. – № 158 (1). – Pp. 57-167.

2.Аронов, И.З. Использование тепла уходящих газов газифицированных котельных / И.З. Аронов. – М.: Энергия, 1979. – 128 с.

3.Шадек, Е.Г. Оценка эффективности глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котлов электростанций / Е.Г. Шадек // Энергосбережение. – 2016. – № 2. – С. 62-80.

4.Yodrak, L. Waste heat recovery by heat pipe air-preheater to energy thrift from the furnace in a hot forging process / L. Yodrak, S. Rittidech, N. Poomsa-ad, P. Meena // American Journal of Applied Sciences. – 2010. – № 7 (5). – Pp. 675-681.

5. Nicholson, R. Recuperative and regenerative techniques / R. Nicholson // Heat Recorery Systems. – 1983. – № 3 (5). – Pp. 385404.

6.Антикайн, П.А. Рекуперативные теплообменные аппараты / П.А. Антикайн, М.С. Аронович, А.М. Бакластов. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 230 с.

7.Kneževic, S.D. Radiant recuperator modeling and design /

S.D. Kneževic, R.M. Karamarkovic, V.M. Karamarkovi, N.P. Stojic //

Thermal Science. – 2017. – № 21 (2). – Pp. 1119-1134.

8.Резник, Г.В. Регенеративные воздухоподогреватели (конструкция и монтаж) / Г.В. Резник, Н.С. Соловьев. – М.: «Энергия», 1972. – 104 с.

9.Shah, R.K. Fundamentals of Heat Exchanger Design / R.K. Shah, D.P. Sekulic. – Hoboken: John Wiley & Sons Inc., 2003. – 283 p.

10

УДК 66.096.5

ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТИПА С ДИСПЕРСНОЙ НАСАДКОЙ

Д.А. Прутских1, А.А. Надеев2, В.Ю. Дубанин3, А.В. Муравьев4

1Канд. техн. наук, dprutskikh@cchgeu.ru

2Канд. техн. наук, anadeev@cchgeu.ru 3Канд. техн. наук, доцент, vdubanin@cchgeu.ru

4Канд. техн. наук, amuravev@cchgeu.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: проведена оценка технико-экономической целесообразности применения регенеративного теплообменного аппарата в качестве воздухоподогревателя для топливопотребляющих устройств. Рассмотрены потребности рынка и сравнение с конкурентными продуктами

Ключевые слова: регенератор, экономия топлива, техникоэкономическое сравнение, слой дисперсного материала

С целью минимизации тепловых потерь в установках различного назначения потребляющих топливо возможно применение подогрева воздуха, поступающего на горение. Назначением воздухоподогревателя является снижение температуры уходящих газов и повышение КПД установки, что в свою очередь позволяет повысить экономию топлива.

Потребность рынка воздухоподогревателей определяют следующие предприятия:

-районные котельные ОАО «Квадра» - «Воронежская региональная генерация», МУП «Теплосеть», а также небольшие котельные предприятий в качестве теплообменникавоздухоподогревателя;

-теплотехнологические установки промышленных предприятий (промышленные печи, сушильные установки и т.д.) в качестве воздухоподогревателя и теплообменника-утилизатора;

-системы приточно-вытяжной вентиляции в качестве теплообменника-утилизатора и воздухоохладителя для использования теплоты вентвыбросов.

11

В качестве теплообменника-воздухоподогревателя могут использоваться аппараты как рекуперативного, так и регенеративного типов. Аппараты рекуперативного типа и вращающиеся регенеративного имеют свои достоинства и недостатки, давно изучены и широко применяются.

Достаточно многообещающими, но малоизученными являются регенеративные аппараты, в которых промежуточным теплоносителем служит циркулирующий псевдоожиженный («кипящий») слой дисперсного материала. Данный теплоноситель (или по-другому «насадка») имеет ряд достоинств по сравнению с аппаратами других типов - развитая поверхность межфазного теплообмена, высокие коэффициенты теплоотдачи, способность частиц к самоочистке от загрязнений и многие другие [1].

Одна из более распространенных схем теплообменника приведена на рис. 1 [2].

Рис. 1. Принципиальная схема теплообменника:

1 – газовая камера; 2 – воздушная камера; 3 – перегородки; 4 - газораспределительная решетка; 5 – частица дисперсного материала

12

Аппарат работает следующим образом. Потоки газообразных теплоносителей на выходе из газораспределительной решётки ориентированы под острым углом к её поверхности. В результате этого происходит не только псевдоожижение, но и циркуляция насадки между газовой и воздушной камерами теплообменника через переточные окна в перегородках.

Основные параметры теплообменника зависят от его производительности. Ниже приведены параметры одного из теплообменников для котлов типа Е и ДКВР [3]:

-диаметр внешнего корпуса 380 мм, внутреннего – 200 мм;

-высота корпуса 800 мм;

-производительность 5000 м3/ч;

-насадка – шары диаметром 6 мм из алюминиевого сплава АД1;

-температура греющего газа до 200 C;

-температура нагреваемого воздуха до 140 C;

-срок службы 3 года;

-гарантийный срок 2 года.

Для технико-экономического сравнения показателей были приняты серийно выпускаемые рекуперативные и регенеративные теплообменные аппараты – рекуперативный кожухотрубный ВП-85 и регенератор вращающегося типа РТ-5.

Сравнение проводилось по двум показателям: удельным приведённым затратам и удельной теплопроизводительности.

Если посмотреть на диаграмму, показанную на рис. 2, то применение предлагаемого теплообменного аппарата в конкретном случае более предпочтительно относительно других рассмотренных вариантов, т.к. обеспечивается минимум приведённых затрат.

При более подробном рассмотрении рынка воздухоподогревателей видно, что основными их производителями в России на сегодняшний день являются: АО «Бийский котельный завод» (АО «БиКЗ») г. Бийск, ООО «Сибирская котло-монтажная компания» г. Бийск, ЗАО «Котельно-механический завод» (ЗАО «КМЗ) г. Москва и ООО «Термо Северный Поток» г. СанктПетербург.

Все эти предприятия (за исключением ООО «Термо Северный Поток») в настоящее время выпускают стандартные стальные кожухотрубные воздухоподогреватели с поверхностью нагрева от 65

13

до 228 м2. ООО «Термо Северный Поток» выпускает пластинчатые рекуператоры широкого диапазона поверхностей нагрева.

Рис. 2. Сравнение удельных приведённых затрат воздухоподогревателей

Зарубежные компании также выпускают широкий спектр воздухоподогревателей, но об их применении на российских предприятиях данных нет.

Выбор конструкции утилизационного теплообменника необходимо вести в каждом конкретном случае отдельно на основании технико-экономических сопоставлений, принимая при этом в сравниваемых вариантах одинаковые условия работы аппаратов по производительности, тепловой эффективности и продолжительности их работы. Но в условиях рыночной экономики немаловажную роль играет стоимость как самого теплообменника, так и стоимость его эксплуатации [4].

Сравнительные характеристики теплообменного оборудования предлагаемого типа и других производителей представлены в таблице ниже.

14

Сравнительные характеристики воздухоподогревателей тепловой мощностью от 300 до 400 кВт

Из таблицы видно, что трубчатый рекуператор имеет большую массу и значительное гидравлическое сопротивление, что приводит к повышенным расходам электроэнергии на привод тягодутьевых машин и, в конечном итоге, на стоимость эксплуатации теплообменника в целом.

Пластинчатый рекуператор, производимый ООО «Термо Северный Поток», лишён недостатков трубчатого рекуператора, но его стоимость выше в 1,5 раза, к тому же он обладает невысокой ремонтопригодностью.

Теплообменный аппарат предлагаемого типа имеет массогабаритные характеристики меньше чем у конкурентов, невысокое гидравлическое сопротивление и приемлемую ремонтопригодность. Также стоимость такого регенератора ниже, чем у конкурентов на 20…40 %, что позволяет его рекомендовать для выбора не только в качестве воздухоподогревателя для различных топливопотребляющих установок, но и в перспективе как воздухоохладителя в системах кондиционирования и вентиляции [5, 6].

15

Литература

1.Прутских Д.А. Гидродинамика и теплообмен в регенераторе с дисперсной насадкой дис. ... канд. техн. наук (05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика) / Д.А. Прутских; рук. работы А.В. Бараков. – Воронеж: ВГТУ, 2009. – 100 с.

2.Патент 70347 РФ, МПК F23L 15/02. Регенеративный теплообменник / А.В. Бараков, В.Ю. Дубанин, Д.А. Прутских; № 2007110673/22; заявл. 22.03.2007; опубл. 20.10.2008, – Бюл. № 2. – 3 с.

3.Бараков, А.В. Исследование тепловой эффективности регенеративного воздухоподогревателя с дисперсной насадкой / А.В. Бараков, В.Ю. Дубанин, Д.А. Прутских // Промышленная энергетика. – 2008. – № 5. – С. 28-30.

4.Кокорин, О.Я. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования / О. Я. Кокорин. – М.: АСВ, 2013.

–256 с.

5.Бараков, А.В. Моделирование тепломассообмена в воздухоохладителе косвенно-испарительного типа / А.В. Бараков, В.Ю. Дубанин, Д.А. Прутских, А.М. Наумов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2009. Т. 5. – № 11. – С. 174-176.

6.Чиркин, Р.В. Использование пластинчатых теплообменников в системах вентиляции и кондиционирования воздуха / Р.В. Чиркин, А.М. Сычевский, А.Н. Слесарев, Е.А. Шаланова // Современные тенденции развития науки и технологий.

–2017. – № 3-3. – С.137-139.

16

УДК 697.132.2

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД ПО ВОРОНЕЖУ ЗА ПРОШЕДШИЕ 20 ЛЕТ

С.В. Дахин

Канд. техн. наук, доцент, svdakhin@ya.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: проведён анализ изменения среднесуточной температуры и длительности отопительного периода за период с 1998 по 2020 годы для города Воронежа

Ключевые слова: температура, отопительный период, климатология

Глобальные перемены климата неизбежно приводят к условно устойчивой тенденции локального изменения температуры воздуха. Россия, обладая самыми обширными территориями некомфортного климатического проживания, тратит на отопление существенную долю потребляемых энергоресурсов, что предопределяет значительный интерес к анализу изменения климатических показателей за достаточно длительный период.

В настоящей статье проведён анализ изменения температуры воздуха в отопительный период для города Воронежа за период с

1998 по 2020 годы.

Источником данных является информация о среднесуточной температуре по месяцам, полученная с метеорологической станции Воронеж (современное местоположение метеостанции: широта 51.70, долгота 39.21, высота над уровнем моря 149 м.) [1].

За прошедшие двадцать лет для Воронежа характерно, в пределах отопительного периода, снижение доли низкой температуры, т.е. зимы всё более «теплеют». Это видно, например, из нормативных источников. Так, согласно СНиП 23-01-99* (2003 г.) [2]: расчётная температура для отопления - минус 26 °C, тоже для вентиляции - минус 14 °C, средняя температура отопительного периода - минус 3,1 °C, длительность отопительного периода - 196 суток. А в СП 131.13330.2018 [3] те же данные изменены: расчётная температура для отопления - минус 24°C, тоже для вентиляции -

17

минус 13 °C, средняя температура отопительного периода - минус 2,5 °C, длительность отопительного периода - 190 суток.

Однако полезно рассмотреть динамику температуры по годам в пределах отопительного периода. Так, на рис. 1. представлены фактические данные о времени стояния температуры данной и ниже данной за отопительный период. Исключение составляет линия 1, рассчитанная по средним показателям СНиП 23-01-99*. Пунктирные линии - верхняя и нижняя границы изменения температуры по годам за период с 1998 по 2019 годы. Линии по каждому году не показаны, чтобы не загромождать рисунок.

Рис. 1. Фактические данные о времени стояния температуры за отопительный период

18

Данные за отопительный период 2019-2020 годов (линия 3) были исключены из осреднения. Осреднение проводилось по времени стояния среднесуточной температуры с градацией в 1 °C.

Из рис. 1 видно, что линия 2 является практически срединной для выделенной области, что показывает равномерное её заполнение без выраженных аномалий.

Поведение линий 1 и 2 подобно, но линия средней фактической температуры выше расчётной на несколько градусов и в области пониженной температуры (минус 10 °C и ниже) имеет более крутой наклон. Что приводит к достаточно резкому уменьшению времени стояния низкой температуры, например, данные [2] для минус 16 °C дают 20 часов, тогда как фактически для той же температуры наблюдается 8 часов стояния, а 20 часам соответствует температура воздуха минус 11°C. Отопительный период 2019-2020 годов выдался аномально тёплым (линия 3), так 20 часам соответствует всего минус 3 °C.

Достаточно интересно сравнить фактические длительность и среднюю температуру отопительного периода (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение фактической длительности и средней температуры отопительного периода:

1 – средняя температура отопительного периода; 2 – длительность отопительного периода

19