Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Утилизация вторичных энергоресурсов в системах ТГВ. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Учебно-методическое пособие.pdf
Применение данной системы обеспечивает защиту от обледенения
теплообменников вытяжного канала и необходимую температуру приточного
воздуха после каждой установки.
Для одиночных установок (одна приточная и одна вытяжная) или для
группы установок (несколько вытяжных), работающих в одном режиме и
допускающим временное (до 1 часа) снижение температуры приточного
воздуха, возможно применение схемы с обводкой промежуточного
теплоносителя.
При функционировании такой установки допускается образование инея на
поверхности теплообменников вытяжного канала в рабочее время.
Оттаивание инея достигается путем перепуска части промежуточного
теплоносителя через обводную линию циркуляционного насоса.
1.5 Регенеративные теплоутилизаторы
Регенеративные теплоутилизаторы бывают стационарные,
переключающиеся и вращающиеся [2, 4]. Первые выполняют в виде насадок из
металлической стружки, гравия, щебня и других материалов, которые
попеременно переключаются вручную или автоматически в поток греющей или
нагреваемой среды, т.е. с режима поглощения на режим отдачи теплоты.
Данные регенеративные теплоутилизаторы не получили широкого
распространения главным образом из-за громоздкости и трудности обеспечения
необходимой герметичности переключаемых воздушных клапанов.
Широко распространены вращающиеся регенеративные
теплоутилизаторы. Основное назначение регенеративных теплоутилизаторов —
утилизация теплоты отходящих газов и вытяжного воздуха.
Технологическая схема утилизации теплоты с вращающимися
регенеративными теплоутилизаторами аналогична схеме с применением
воздухо-воздушных рекуператоров, за исключением того, что регулирование
температуры приточного воздуха и борьба с обледенением теплообменной
41
поверхности здесь могут осуществляться путем изменения частоты вращения
ротора.
1.5.1 Регенеративный теплообменник с неподвижной насадкой РТНН
В данном регенераторе насадка неподвижная и последовательно
омывается теплым и холодным воздухом.
Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного
теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в то время как в одном
из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается
холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются, после чего в каждом
из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении. Схема
соединения и переключения пары регенераторов приведена на рисунке 1.13.
Переключение производится поворотом клапанов (шиберов) 1 и 2. Направление
движения теплоносителей показано стрелками. Обычно переключение
регенераторов производится автоматически через определенные промежутки
времени.
В качестве насадки применяют полиэтиленовые шарики диаметром 10 мм.
Недостатки теплообменника - необходимость использования автоматики и
значительные габаритные размеры. Преимущество - малая металлоемкость.
I - холодный теплоноситель; II - горячий теплоноситель
Рисунок 1.13 - Схема регенератора с неподвижной насадкой
42
1.5.2 Вращающийся регенеративный теплоутилизатор ВРТ
Вращающиеся теплоутилизаторы предназначены для утилизации теплоты
удаляемого воздуха в системах кондиционирования и вентиляции. Процесс
теплообмена в теплоутилизаторах осуществляется по регенеративному
принципу. Через роторы регенеративных теплоутилизаторов встречными
потоками двигаются приточный и вытяжной воздух (рисунок 1.14).
Рисунок 1.14 - Принципиальная схема вращающегося
регенеративного теплообменника
Если система работает на обогрев, то вытяжной воздух отдает теплоту
тому сектору ротора, через который он проходит. Когда этот нагревшийся
сектор ротора попадает в поток холодного приточного воздуха, приточный
воздух нагревается, а ротор, соответственно, охлаждается. Если система
работает на охлаждение, то теплота передается от теплого приточного
холодному вытяжному воздуху.
Вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы (ВРТ) изготовливают в
виде плоского цилиндра-насадки, разделенного на секторы, заполненные
гладкими или гофрированными металлическими или пластмассовыми листами,
сетками или стружками.
43
ВРТ могут передавать только либо явную, либо полную (явную и
скрытую) теплоту. В последнем случае теплообменники называются
энтальпийными или сорбирующими. Их насадки выполняют из тонколистового
асбеста, картона, бумаги, целлюлозы и тому подобных сорбирующих
материалов, обработанных в растворе хлористого лития.
Корпус воздухо-воздушных регенеративных теплоутилизаторов разделен
на три сектора: через один проходит греющий вытяжной воздух, через другой
— нагреваемый приточный воздух, третий небольшой сектор является
продувочным шлюзом для удаления загрязненного вытяжного воздуха,
увлекаемого насадкой. Движение теплообменивающихся потоков организуется
по противоточной схеме. Насадка вращается с частотой 5-20 минут и
теплоаккумулирующая масса, проходя через поток вытяжного воздуха,
воспринимает теплоту, а затем, проходя через поток нагреваемого воздуха,
отдает ее. Края ротора прилегают к уплотнениям в корпусе, которые разделяют
воздушные потоки с различной температурой.
По сравнению с рекуперативным теплоутилизатором, вращающиеся
регенеративные теплоутилизаторы обладают большей компактностью,
меньшим аэродинамическим сопротивлением и металлоемкостью; кроме того,
при их применении отпадает необходимость непрерывного удаления
конденсата. Эффективность современных вращающихся регенеративных
теплоутилизаторов зависит от скорости движения воздуха, частоты вращения и
свойств теплоаккумулирующей насадки.
Переток воздуха в ВРТ составляет до 5%, поэтому их целесообразно
применять в помещениях, в которых допускается рециркуляция. Окружающие
и перемещающиеся воздушные среды должны быть взрывобезопасными, а
также не содержать болезнетворных бактерий, вирусов, грибков, агрессивных
паров и газов. Допустимая концентрация пыли в потоках
теплообменивающихся сред не должна превышать 0,115 г/м
3
. В воздухе не
должны содержаться липкие и волокнистые материалы.
44
Теплоаккумулирующая насадка ротора - из гигроскопического и
негигроскопического материалов, в частности, из полимерных пленок, бумаги,
пропитанной водоотталкивающим покрытием, фольги, толщиной 0,07…0,2 мм
и т.д. Чередование гладких и гофрированных листов данных материалов
позволяет образовывать щелеподобную или сетчатую структуру. В случае
использования в виде теплоаккумулирующей насадки металлической стружки,
отходов штамповки, каналы в теплоаккумулирующей насадке
имеют неупорядоченную форму.
На рисунке 1.15 представлена схема регенеративного
воздухоподогревателя котельного агрегата с вращающимся ротором аккумулятором теплоты. Ротор имеет набивку из тонких гофрированных
стальных листов (рисунок 1.15 б), заключенных в закрытый кожух 3. К кожуху
присоединяются воздушный и газовый короба. Во время работы теплообменника ротор его вращается, поэтому нагретые элементы набивки непрерывно
переходят из полости горячего газа в полость холодного воздуха, а охладившиеся элементы - наоборот.
В корпусе аппарата предусмотрена съемная крышка для технического
обслуживания привода. Тракт приточного воздуха расположен в нижней части
регенератора, тракт удаляемого воздуха - в верхней части.
Режим работы ВРТ может быть сухим или мокрым. При сухом
теплообмене в теплоаккумулирующей насадке идет процесс переноса только
явного тепла. При мокром режиме - явного и скрытого тепла конденсата влаги.
В гигроскопичной насадке возможен перенос влаги. Среды могут проходить
через насадку ротора двумя или несколькими потоками, которые чередуются.
Преимущества ВРТ: компактность, небольшой вес, высокая тепловая
эффективность, возможность передачи большого количества тепла в режиме
тепло – и массообмена, эффект самоочищения.
Недостатки: невысокая эксплуатационная надежность при концентрации
пыли в потоках сред более 0,115 г/м
3
, наличие вращающихся деталей (ротора),
перетекание загрязненного воздуха через уплотнения при вращении ротора
45
(0,07…2%), вследствие чего они непригодны для применения в чистых и
стерильных помещениях, а также для утилизации теплоты воздуха,
содержащего вредные вещества 1-го класса опасности.
а - общий вид; б - отдельные пластины различной формы;
в - секция с пластинами;
1 - газовые патрубки; 2 и 5 - радиальное и периферийное уплотнения;
3 - неподвижный наружный кожух; 4 -набивка; 6 - вал ротора;
7 - верхний и нижний подшипники; 8 - воздушные патрубки;
9 – электродвигатель
Рисунок 1.15 - Вращающийся регенератор теплоты
46
1.5.3 Принципиальные схемы систем утилизации с регенеративными теплоутилизаторами и меры по предотвращению обледенения теплоаккумулирующей насадки
В установках утилизации тепла удаляемого воздуха достаточно широкое
применение находят регенеративные вращающиеся теплоутилизаторы и
переключающиеся теплоутилизаторы, в которых передача тепла выполняется
аккумулирующей массой, которая находится последовательно в потоках
теплого и холодного воздуха.
Варианты установки регенеративных теплообменников в системах
утилизации тепла приведены на рисунок 1.16.
При негативной температуре приточного воздуха на поверхности насадки
может замерзать конденсат, образующийся при прохождении потока
удаляемого воздуха.
Если допустимо кратковременное прекращение подачи вентиляционного
воздуха, то разрешается образования инея на поверхности с обязательным
последующим оттаиванием путем прекращения подачи холодного воздуха
примерно на 5 мин. через каждые 3…5 ч работы системы. В
данном случае применяется (рисунок 1.16 а).
Если не допускается кратковременное отключение системы вентиляции,
необходимо предусматривать меры, предотвращающие образование инея. Для
этого в период похолоданий стоит пропускать часть наружного воздуха через
обводной канал, минуя регенератор (рисунок 1.16 б). Кроме того, можно
уменьшать частоту вращения ротора регенератора с помощью регуляторов.
Для предотвращения инееобразования возможно также применение
установки с предварительным подогревом приточного воздуха (рисунок 1.16 в).
С этой целью используются электро - или водяные воздухонагреватели, причем
в последнем случае должна предусматриваться защита теплоносителя от
замерзания. Можно использовать также технологическую схему с подогревом
части приточного воздуха.
47
а - установка с периодическим отключением
вентилятора приточного воздуха;
б - установка с обводным каналом по приточному воздуху;
в - установка с предварительным подогревом приточного воздуха
Рисунок 1.16 - Схемы систем утилизации теплоты
с регенеративными теплообменниками
48
1.6 Контактные теплоутилизаторы
1.6.1 Основные виды контактных теплообменников и рабочей
жидкости
Контактные теплоутилизаторы (КТУ) получили широкое распространение
при конденсации паров, охлаждении газов водой, нагревании воды газами,
охлаждении воды воздухом, мокрой очистке газов и др. Целесообразно их
использовать и в качестве теплоутилизаторов, так как с уходящими газами
котельных, ТЭЦ, теплопотребляемого оборудования, теряется значительное
количество теплоты.
При охлаждении дымовых газов в контактных аппаратах экономия тепла
обеспечивается как за счет снижения температуры уходящих газов, так и за
счет теплоты конденсации содержащихся в них водяных паров.
При сжигании жидкого или твердого топлива, содержащего сернистые
соединения, и охлаждении уходящих газов ниже точки росы, происходит
конденсация паров серной кислоты, поэтому широкое внедрение контактных
аппаратов для утилизации теплоты дымовых газов в котельных рекомендуется
только для газифицированных котельных и ТЭЦ.
Эффективность КТУ снижается с увеличением температуры воды на
входе, поэтому их применение рекомендуется при температурах воды на входе
не выше 35°С.
По назначению контактные теплообменники можно подразделить на
охладители или нагреватели газа (жидкости), увлажнители или осушители газа
и др. Они могут иметь одну или несколько взаимодействующих зон, в которых
протекают процессы однофазного нагрева (охлаждения), испарения,
конденсации, кристаллизации либо устанавливается динамическое равновесие
между энергоносителями.
По конструктивному оформлению среди контактных теплообменников
можно выделить: контактные теплоутилизаторы с активной насадкой, полые
скрубберы, насадочные скрубберы, барботажные или тарельчатые колонны,
49
скрубберы с подвижным слоем шаровой насадки, трубы Вентури, контактные
теплоутилизаторы с активной насадкой.
К основным особенностям работы контактных теплообменников можно
отнести следующее:
1) процессы охлаждения или нагрева сред сопровождаются массообменном;
2) нагрев или охлаждение сред происходит до определенного температурного
предела, после достижения которого устанавливается динамическое
равновесие;
3) нормальная работа теплообменника возможна в относительно узком
диапазоне параметров, определяемом конструкцией аппарата, соотношением
расходов сред, их взаимным направлением, скоростями, способами
распределения, уносом и другими факторами.
Применение контактных теплоутилизаторов в газифицированных
котельных позволяет повысить эффективность использования природного газа
до 20% (в зависимости от наличия потребителей горячей воды с температурой
до 50°С).
Примерами контактных теплообменников могут являться полые
скрубберы, барботажные и тарельчатые колонны, насадочные скрубберы,
трубы Вентури, контактные теплоутилизаторы с активной насадкой.
Особое место среди контактных теплоутилизаторов занимают насадочные
скрубберы (рисунок 1.17), применяемые в тех случаях, когда очистка газа
сопровождается его охлаждением, а улавливаемая пыль растворяется в воде.
Они представляют собой колонны, заполненные телами различной формы, и
имеют круглое или прямоугольное сечение; диаметр скруббера может
составлять 6…9 м, а высота 25…35 м. Внутри корпуса находится насадка из
различных материалов: кокса, кварца в виде тел различной формы, засыпаемых
на опорную решетку. Орошающая жидкость, подаваемая сверху, дробится на
капли механическими форсунками грубого распыла, работающими под
давлением 0,3…0,4МПа. При этом факелы распыла должны перекрывать все
поперечное сечение скруббера. Поток газа со скоростью 0,7…1,5 м/с, как
50