Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Косов Андрей Викторович
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРА НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ
НОВЫХ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ
Специальность: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Саратов 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Научный руководитель | доктор технических наук, профессор Печенегов Юрий Яковлевич |
Официальные оппоненты: Ведущая организация: | Кудинов Анатолий Александрович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет, заведующий кафедрой Тепловые электрические станции Тверской Алексей Константинович, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по научной работе ООО Научно-производственная фирма Русь, г. Саратов ФГБОУ ВПО Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова |
Защита состоится л 28 мая 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А..
Автореферат разослан л апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, профессор Ларин Е.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В связи с переходом к рыночным отношениям с 90-х годов прошлого столетия, в нашей стране произошли коренные изменения в отношениях к проблеме энергосбережения на всех уровнях хозяйственной деятельности. В настоящее время проблема энергосбережения является одной из приоритетных государственных задач, от решения которой во многом зависит успех экономического развития и подъема промышленности на основе инноваций, использования новых технологий и оборудования.
В промышленных технологиях в качестве греющего теплоносителя широко используется водяной пар. Вторичным энергоресурсом при этом является конденсат пара. Конденсат из пароиспользующих аппаратов удаляется через устанавливаемые за ними конденсатоотводчики, препятствующие проходу несконденсировавшегося (пролетного) пара и работающие в автоматическом режиме. Решение задач энергосбережения и совершенствования пароконденсатного хозяйства предприятий в значительной степени зависит от характеристик используемых конденсатоотводчиков.
Отечественной промышленностью конденсатоотводчики освоены недостаточно и эффективность их использования на практике пока невысока. Ни один из используемых в настоящее время типов конденсатоотводчиков, различающихся по принципу действия и по конструкции, не удовлетворяет полностью предъявляемым к ним требованиям. На многих предприятиях конденсатоотводчики часто демонтируются по причине их ненадежной работы и в этом случае из теплообменных аппаратов вместе с конденсатом выходит в больших количествах пролетный пар. Чаще всего на предприятиях применяют открытые системы сбора конденсата, в которых пролетный пар выпускается в атмосферу и его потери оцениваются в среднем по стране величиной 25% количества потребляемого пара.
Хотя мировая история использования конденсатоотводчиков насчитывает более 100 лет, но до настоящего времени не создано достаточно полной теоретической основы их работы, что обусловлено сложностью протекающих в них гидродинамических и неравновесных термодинамических процессов. Отсюда вытекает важность и актуальность решаемых в диссертации задач.
Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности использования технологического пара на основе разработки новых конденсатоотводчиков с улучшенными характеристиками.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- разработка нового эффективного двухкамерного конденсатоотводчика с закрытым поплавком и инверсным клапанным узлом;
- разработка новых эффективных конденсатоотводчиков поплавкового типа с разгруженными от действия давления клапанными узлами;
- разработка нового эффективного конденсатоотводчика с дросселирующим элементом и аккумулирующим объемом;
- экспериментальное исследование гидравлических характеристик нового конденсатоотводчика с дросселирующим элементом в виде набора шайб;
- экспериментальное исследование пропускной способности инверсного клапанного узла;
- разработка математических моделей и создание на их основе методик расчета предложенных новых конденсатоотводчиков;
- промышленные испытания новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами и поплавкового типа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- получены новые экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению дросселирующих элементов и инверсных клапанных узлов конденсатоотводчиков при истечении недогретой и самовскипающей жидкости;
- построены математические модели новых конденсатоотводчиков, включающие в себя связи между кинематическими параметрами изучаемых объектов, теоретические и новые, полученные автором, эмпирические соотношения для характеристик течения одно-и двухфазных (пар-жидкость) потоков в клапанных узлах;
- разработаны методики и алгоритмы машинного расчета предложенных новых эффективных конденсатоотводчиков;
- решена задача определения оптимальных конструктивных характеристик открытых снизу поплавков.
Практическая значимость работы заключается в создании новых конденсатоотводчиков (патенты № 111608 и № 2441182, решения о выдаче патентов по заявкам на изобретения № 2010145555/06, № 2011117470/06), отличающихся простотой конструкции, изготовления и эксплуатации, высокой функциональной эффективностью в широких интервалах изменения давления и расхода пропускаемого конденсата. Предложенные и исследованные конденсатоотводчики по показателю эффективности и своим технико-экономическим характеристикам превосходят имеющиеся аналоги. Они внедрены на многих промышленных предприятиях, где практически полностью исключили выход пролетного пара из паропотребляющего оборудования, за которым они установлены. В диссертации выполнен анализ экономической эффективности использования вторичного пара, образующегося из удаляемого конденсата, по внутренней схеме утилизации за счет сжатия пара. Даны рекомендации и предложены способы повышения эффективности использования водяного пара в некоторых отраслях промышленности.
Полученные в работе результаты могут быть использованы на предприятиях и объектах, где в качестве греющего теплоносителя используется глухой водяной пар. Помимо этого, исследованные конструкции конденсатоотводчиков найдут применение в качестве простых и эффективных фазоразделяющих устройств в целом ряде промышленных технологий и, в частности, при подготовке и переработке на промыслах углеводородных газов, в ректификационных установках химической, пищевой и других отраслей промышленности.
Результаты исследования используются в Саратовском ГТУ имени Гагарина Ю.А. при чтении учебных дисциплин Теоретические основы энерго-и ресурсосбережения в химической технологии и Способы и средства энерго-и ресурсосбережения в химической промышленности для студентов 4-го и 5-го курсов специальности МАХП, организации научно-исследовательской работы аспирантов и студентов, в дипломном проектировании.
На защиту выносятся:
- разработанные конструкции новых конденсатоотводчиков (патенты № 111608, № 2441182 и решения о выдаче патентов по заявкам на изобретения № 2010145555/06, № 2011117470/06) с дросселирующим элементом и аккумулирующим объемом, и поплавкового типа;
- результаты экспериментального исследования гидравлических характеристик нового конденсатоотводчика с дросселирующим элементом в виде набора шайб при истечении охлажденного и самоиспаряющегося конденсата;
- результаты экспериментального исследования пропускной способности инверсного клапанного узла при истечении охлажденного и самоиспаряющегося конденсата;
- математические модели и методики расчета новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами в виде слоя твердых частиц и набора шайб, с закрытым и открытым сверху или снизу поплавками и инверсным клапанным узлом, а также с уравновешенным клапанным узлом;
- результаты расчетного анализа характеристик новых конденсатоотводчиков;
- результаты промышленных испытаний новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами и поплавкового типа;
- результаты сравнительного технико-экономического анализа предложенных новых конденсатоотводчиков и известных аналогов;
- рекомендации по повышению эффективности использования водяного пара в отраслях промышленности, по использованию вторичного пара путем его сжатия струйным или винтовым компрессорами.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием фундаментальных закономерностей механики, технической термодинамики и теплопередачи. Разработанные математические модели и методики расчета прошли проверку на адекватность путем сравнения результатов расчетов с опытными данными других авторов и с данными, получеными путем прямых измерений на изготовленных в натуральную величину образцах конденсатоотводчиков, установленных за действующим пароиспользующим промышленным оборудованием.
Апробация работы.Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: Третьей Российской научно-технической конференции Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности (Ульяновск, апрель 2001); Международной научно-технической конференции Энергосбережение в теплоэнергетических системах (Вологда, апрель 2001); Международной конференции Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения (Саратов, октябрь 2001); Международной научно-технической конференции Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем (Вологда, октябрь 2001); Первой международной научно-практической конференции Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2002 (Москва, сентябрь 2002); Международном научно-техническом семинаре Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов (Воронеж, май 2010); VII школе-семинаре молодых ученых и специалистов акад. РАН В.Е.аАлемасова Проблемы тепломассобмена и гидродинамики в энергомашиностроении (Казань, сентябрь 2010); Седьмой Международной теплофизической школе Теплофизические исследования и измерения в энергосбережении, при контроле, управлении и улучшении качества продукции, процессов и услуг (Тамбов, сентябрь 2010); Пятой Международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов Энергосбережение - теория и практика (Москва, октябрь 2010); Международной научной конференции Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения (Саратов, октябрь 2010); Четвертой международной научно-практической конференции Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011 (Москва, сентябрь 2011); образцы разработанных новых конденсатоотводчиков экспонировались на 12-й специализированной выставке с международным участием Энергетика. Энергоэффективность.2010 в г. Саратове (получен диплом выставки) и на Шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций в 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение № 111608 и полезную модель № 2441182.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии из 123 наименований, из них 19 зарубежных работ, изложена на 161 странице, содержит 70 рисунков, 4 таблицы, 9 приложений. Общий объем работы составляет 185 страниц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулированы направление и цель настоящей работы, названы научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе Состояние вопроса и задачи исследования показана роль конденсатоотводчиков в решении задач энергосбережения. Приведен анализ конструкций известных конденсатоотводчиков, предъявляемых к ним требований, практического опыта эксплуатации и выявленных при этом недостатков и преимуществ. Органическим недостатком известных конденсатоотводчиков является их низкая надежность, что обусловлено тяжелыми условиями работы. На основе анализа определены концепции разработки новых конденсатоотводчиков с улучшенными характеристиками. Для конденсатоотводчиков дроссельного типа, конструктивно простых и не имеющих движущихся деталей, к разработке принят принцип множественности проточных каналов, размещаемых либо параллельно, либо последовательно. Для конденсатоотводчиков поплавкового типа, обладающих наилучшими функциональными показателями, к разработке принят принцип инверсного клапанного узла, использование которого дает целый ряд преимуществ. Обсуждается изученность характеристик течения адиабатных парожидкостных систем и истечения через сужающие (клапанные) устройства. Делается вывод о необходимости опытного изучения пропускной способности проточных элементов новых конденсатоотводчиков.
Во второй главе Новые конденсатоотводчики с дросселирующим элементом в виде слоя твердых частиц дано описание слоевых конденсатоотводчиков со ступенями расширения (рис.1,а) и с незаторможенной частью слоя (рис.1,б). Проточная часть здесь представляет собой систему извилистых, условно параллельных каналов с переменной площадью поперечного сечения в засыпке (насадке) твердых частиц. На основе представлений гомогенной модели течения
а б в Рис. 1. Конденсатоотводчики дроссельного типа с насадкой в виде слоя твердых частиц (а), с частично незаторможенным слоем (б) |
фильтрующегося через засыпку самовскипающего потока насыщенного конденсата, с использованием обобщенного уравнения Аэрова для коэффициента сопротивления слоя шаровых частиц, связей для геометрических характеристик каналов, получены расчетные соотношения, позволяющие определять пропускную способность конденсатоотводчиков и потерю давления парожидкостного потока. Сравнение результатов выполненных расчетов с опытными данными разных авторов для одно- и двухфазных потоков показало удовлетворительную их сходимость.
Разработана методика расчета конденсатоотводчиков со ступенчатым расширением слоя засыпки по направлению движения конденсата, обеспечивающем пропуск образующегося вторичного пара без большого увеличения скорости потока и исключающем критические явления. Расчетный алгоритм позволяет учитывать переменность физических свойств потока в условиях нелинейного изменения его давления по длине засыпки. Для турбулентной области фильтрации, когда вязкостные силы становятся малозначимыми, инженерный расчет конденсатоотводчиков может проводиться по упрощенной методике. Разработаны программы расчета на ЭВМ режимных и конструктивных параметров конденсатоотводчиков, а также количества пропускаемого пролетного пара при отклонениях от номинальных рабочих условий.
б Рис. 2. Схема испытуемого конденсатоотводчика (а) и зависимость выхода пролетного пара от производительности сушильно-обжарочной установки (б): точки - опыт; |
Конденсатоотводчики с 1, 2, 3 ступенями насадки установлены и успешно работают на многих промышленных предприятиях. Детальным испытаниям были подвергнуты конденсатоотводчики установленные за паровыми калориферами шахтных сушилок фирмы NAGEMA Конти-родтер (Германия) на Ульяновской кондитерской фабрике Волжанка. Одновременно с сушкой идет обжарка бобов какао при температурах до 150С. Сушилки работают при постоянном давлении греющего пара р1=1 МПа, а подача бобов какао является переменной величиной. Некоторые результаты испытаний приведены на рис. 2. Видно, что расчет по разработанному алгоритму (линия) находится в хорошем соответствии с опытными измерениями (точки). Снижение производительности сушилки и уменьшение в связи с этим количества поступающего в конденсатоотводчик конденсата приводит к появлению потерь с пролетным паром. Так, при снижении производительности по отношению к номинальной на 20%, количество пролетного пара в отводимом потоке составляет 1 %.
Для сравнения производились испытания дроссельной шайбы с отверстием диаметром 2 мм, соответствующим пропуску номинального расхода конденсата. Измерения показали, что шайба в большей степени пропускает пролетный пар, чем слоевой конденсатоотводчик. Так, при расходе бобов какао через установку 437 кг/ч пролет первичного пара через шайбу составил 15,3 %. Через слоевой конденсатоотводчик пролет пара при таком расходе бобов вдвое меньше (рис. 2).
Разработана методика расчета слоевых конденсатоотводчиков с незаторможенной частью слоя (рис. 1,б), которые могут пропускать большие пусковые расходы конденсата. При повышенных расходах конденсата незаторможенная часть слоя переходит в псевдоожиженное состояние с неизменяющимся, по мере роста расхода, гидравлическим сопротивлением.
В третьей главе Новые конденсатоотводчики с дросселирующим элементом в виде набора шайб рассмотрены конденсатоотводчики с проточной частью из дисков с отверстиями, установленными последовательно по направлению движения пропускаемого потока (рис. 1,в). Зазоры между смежными дисками образуют камеры расширения.
При построении математической модели для новых конденсатоотводчиков на рис. 1,в принималось, что вторичный пар из потока насыщенного конденсата выходит не в отверстии шайбы, а за шайбой. Через отверстие в первой по ходу потока шайбе проходит только конденсат и падение давления потока
(1)
где G - расход конденсата; dо - диаметр отверстий в шайбах; d - диаметр шайб; - плотность конденсата; - коэффициент сопротивления; o - коэффициент заполнения сечения отверстия струей конденсата; o Цкоэффициент сопротивления перетеканию через отверстие. Для , o и o в диссертации получены аппроксимирующие зависимости.
В каждой последующей шайбе, начиная со второй, потеря давления потока в соответствии с гомогенной моделью течения определится выражением
р=р1{1,26(1-x)+[1+x(/"-1)]0,5}2, (2)
где х - доля вторичного пара в потоке; " - плотность пара.
Математическая модель, включающая уравнения (1), (2), другие параметрические связи, и разработанная на основе модели методика расчета конденсатоотводчиков использовались для анализа их рабочих характеристик, в том числе при отклонениях от номинального режима в условиях снижения и повышения тепловой нагрузки предвключенного теплообменного оборудования.
Данные, полученные при испытаниях конденсатоотводчиков, находятся в хорошем согласии с расчетом по разработанной методике для потоков охлажденного конденсата. Данные, полученные для пароконденсатной смеси, представлены на рис. 3 в виде зависимости относительного расхода смеси G/Gmax от паросодержания х (среднеарифметическое от значений на входе и выходе потока), кг/кг смеси. Значение расхода охлажденного конденсата Gmax в отношении G/Gmax соответствует перепаду давления потока в конденсатоотводчике р=р1 - р2, при котором измерен расход смеси G. Паросодержание х для потока на выходе из конденсатоотводчика учитывает расход как вторичного, так и пролетного пара при его наличии.
Результаты опытов для интервала х = 0,05 0,25 аппроксимированы зависимостью
G/Gmax | Р= idem = 0,023 хЦ1,11. (3)
При х > 0,25 опытные точки ложатся возле кривой (пунктирная линия на рис. 3), соответствующей гомогенной модели течения парожидкостной смеси.
В области малых значений паросодержания (х < 0,25), когда в потоке в основном вторичный пар, расчет по гомогенной модели течения дает заниженную величину G/Gmax по отношению к опытным данным.
Полученные результаты показывают, что конденсатоотводчики дроссельного типа нормально функционируют при колебаниях давления греющего пара и тепловой мощности предвключенного паропотребляющего оборудования относительно номинальных значений в интервале 1520%.
Рис. 3. Зависимости относительной пропускной способности G/Gmax конденсатоотводчиков _________ - осредненная кривая; - - - - - - расчет по гомогенной модели течения; 1 - d0=0,5 мм, количество шайб N=1; 2 - 1 мм, 1; 3 - 1 мм, 4; |
В четвертой главе Новые конденсатоотводчики поплавкового типа приводятся результаты экспериментального исследования истечения через инверсный клапанный узел, выполненный по типу трубы Вентури. Опытные данные, полученные для охлажденного конденсата, обобщены уравнением для коэффициента сопротивления клапанного узла
= 0,9(l/dг)-0,44, (4)
где l и dг - длина и гидравлический диаметр клапанного отверстия. Уравнение (4) рекомендуется для области
l/dг = 0,752,5.
По результатам экспериментов при истечении насыщенного конденсата получена зависимость для пропускной способности клапанного узла
кг/(м2с), (5)
где f - площадь сечения для прохода конденсата в клапанном отверстии;
' - плотность конденсата на линии насыщения; Fr= - число Фруда, определяет степень равновесности жидкой и паровой фаз двухфазного потока в клапанном узле; w0 - скорость циркуляции; x2 - равновесное паросодержание потока при давлении р2 за клапанным узлом.
Соотношения (4) и (5) использованы в разработанном алгоритме расчета инверсного клапанного узла. Проведен анализ результатов выполненных расчетов истечения охлажденного и насыщенного потоков конденсата через узел; установлены особенности влияния l/dг и р1 на расход насыщенного конденсата.
В основу математической модели нового конденсатоотводчика с инверсным клапанным узлом и закрытым тонущим поплавком (рис.4) положен баланс моментов действующих сил в системе поплавок - рычаг - клапан. Для кажущейся плотности поплавка установлена связь
п = '/(1 - рmin/рmax), (6)
где ' соответствует давлению р1 на входе; рmax и рmin - максимальная и минимальная величины рабочих перепадов давления потока в клапанном узле.
С ростом отношения рmax/рmin величина п асимптотически приближается к '. При рmax/рmin> 5 рекомендовано принимать п = (1,151,1) '.
а б
Рис.4. Конденсатоотводчик с инверсным клапанным узлом и толстостенным закрытым поплавком: а - с верхним расположении клапанного узла; б - с нижним расположении клапанного узла: 1 - камера поплавка; 2 - поплавок; 3 - камера рычага; 4 - рычаг;
5 - клапанный узел; 6 - патрубок входной; 7 - крышка; 8 - патрубок выходной; 9 - седло клапана; 10 - отверстие клапанное; 11 - клапан; 12 - шток клапана; 13 - опора;
14 - шток поплавка; 15, 16 - боковые крышки; 17 - отбойник; 18 - воздушник;
19 - вентиль; 20 - пробка; 21 - газовая трубка; 22 - сопло; 23 - пробка резьбовая
На кондитерской фабрике концерна Покровск были проведены испытания конденсатоотводчиков (рис.4,б), установленных за котлами типа 27А для упаривания сахарного сиропа. На рис. 5 сравниваются рассчитанные по разработанной методике и измеренные при испытаниях расходы конденсата. Видно, что разработанные математическая модель и методика расчета адекватно отражают реальный процесс выпуска конденсата.
Расчетные схемы конденсатоотводчиков с инверсными клапанными узлами и открытыми поплавками приведены на рис. 6. На основании баланса моментов сил, действующих в системах поплавок - рычаг - клапан, получены связи и соотношения, составляющие математические модели конденсатоотводчиков. С использованием математических моделей, установленных эмпирических связей для инверсного клапанного узла, разработаны методики расчета данных конденсатоотводчиков.
Рис. 5. Зависимость пропускной способности конденсатоотводчика от разности давлений потока на входе и выходе: d0=5 мм; dшт=3 мм; l/dг=1,6; кружки - опытные точки; линии - расчет; 1 - охлажденный конденсат; 2 - насыщенный |
Для конденсатоотводчика на рис.6,б предельный рабочий перепад давления потока конденсата на клапанном узле
(7)
Здесь м - плотность материала поплавка; п = Hп / Dп. При превышении рmax и заполнении объема поплавка паром, выталкивающей поплавок архимедовой силы будет недостаточно для закрытия клапанного узла. В этом случае нарушится гидравлический затвор в корпусе, пар из полости поплавка будет переходить в корпус и далее - в открытый клапанный узел.
а б
Рис. 6. Расчетные схемы конденсатоотводчиков с поплавками открытым сверху (а)
и снизу (б): 1 - корпус; 2 - впускной патрубок; 3 - выпускной патрубок; 4 - затворный (клапанный) узел; 5 - шаровой клапан; 6 - шток клапана; 7 - опора; 8 - рычаг;
9 - шарниры; 10 - дренажное отверстие; 11 - поплавок
Следовательно, для недопущения потерь с пролетным паром должно быть р рmax.
Решена задача определения оптимального соотношения между L2 и Dп, соответствующего минимальному объему корпуса конденсатоотводчика. Задача состоит в поиске минимума функционала
, (8)
представляющего собой площадь S прямоугольника шириной в=L2+0,5Dп и высотой h=Hп+0,01, где 0,01 - принятая длина штока поплавка, м. Методом дифференцирования для оптимального значения диаметра поплавка получено
(9)
где обозначено: а= рmax L1/g; в=п('-''); с=4(0,25+п)(м-').
Приведено описание устройства и работы новых конденсатоотводчиков с уравновешенным клапанным узлом и опрокинутым, либо закрытым поплавками. Разработаны методики их расчета. Конденсатоотводчики отличаются высокой компактностью, малым весом, большой пропускной способностью и могут работать при любых перепадах давления р = р1 - р2, как при очень малых, близких к нулю, так и при высоких. Технологически значимые конструктивные размеры их основных элементов при изменении р1 остаются постоянными.
В пятой главе Вопросы практического применения конденсатоотводчиков и повышения эффективности использования водяного пара рекомендованы области применения исследованных конденсатоотводчиков. Показано, что новые поплавковые конденсатоотводчики экономически более эффективны, чем известные аналоги. Для повышения эффективности работы конденсатоотводчиков дроссельного типа в условиях переменной нагрузки предложено оснащать их дополнительным аккумулирующим объемом. Показана эффективность использования вторичного пара путем его сжатия до давления р1 на входе в предвключенный теплообменник. Рекомендовано сжатие осуществлять струйным компрессором. Показано, что использование винтового компрессора для сжатия вторичного пара экономически целесообразно только при р1 < 1,7 МПа. Предложены способы повышения эффективности использования водяного пара в производствах силикатного кирпича, вискозного волокна, в швейном производстве. На примере конкретных предприятий приведены технико-экономические показатели, достигаемые при реализации предложенных способов.
ВЫВОДЫ
- Разработаны новые конструкции конденсатоотводчиков с дросселирующей насадкой и поплавкового типа с инверсным и уравновешенным клапанными узлами (патенты № 111608 и № 2441182, решения о выдаче патентов по заявкам на изобретения № 2010145555/06, № 2011117470/06), обладающие улучшенными характеристиками. Выполнены экспериментальные исследования течения охлажденного и самовскипающего потоков конденсата в проточных частях новых конденсатоотводчиков. Построены математические модели и на их основе разработаны методики, алгоритмы и программы расчета новых конденсатоотводчиков. Проведены промышленные испытания предложенных конденсатоотводчиков.
2. Для конденсатоотводчиков с дросселирующим элементом в виде неподвижного слоя твердых частиц со ступенями расширения определены области параметров при которых работа сопровождается накоплением конденсата в предвключенном теплообменнике и пропуском пролетного пара. Сравнение результатов измерений при испытании конденсатоотводчиков с данными расчетов по разработанной методике показало их соответствие.
3. По результатам промышленных испытаний конденсатоотводчиков с дросселирующим элементом в виде набора шайб построена эмпирическая зависимость для пропускной способности. Установлено, что при паросодержаниях потока х > 0,25 опытные данные удовлетворяют гомогенной модели течения. При х < 0,25 расчет по гомогенной модели дает заниженные величины расхода по отношению к опытным. Предложено графическое представление рабочей области характеристик конденсатоотводчиков без пропуска пролетного пара при заданных давлениях входа р1 и выхода р2 потока.
4. Выполнено экспериментальное исследование истечения через инверсный клапанный узел конденсатоотводчиков поплавкового типа. По результатам исследования получены корреляционные связи для расчета пропускной способности конденсатоотводчиков Показано, что течение насыщенного конденсата в выпускном отверстии клапанного узла, имеющего профиль трубы Вентури, является метастабильным. Степень равновесности фаз во вскипающем адиабатном потоке сильно зависит от относительной длины отверстия.
5. Сравнение результатов промышленных испытаний конденсатоотводчиков с закрытым поплавком и инверсным клапанным узлом с расчетом подтвердили адекватность разработанной математической модели. Решена задача определения оптимального соотношения высоты и диаметра открытого снизу поплавка, которое соответствует минимальному объему корпуса конденсатоотводчика. Даны рекомендации по проектированию поплавковых конденсатоотводчиков.
6. Показано, что предложенные новые конденсатоотводчики по своим рабочим характеристикам закрывают все области параметров пара, используемого в промышленной теплоэнергетике в качестве греющего теплоносителя. Поплавковые конденсатоотводчики полностью исключают потери с пролетным паром и по своей эффективности превосходят известные аналоги, что подтверждается опытом их использования на многих промышленных предприятиях.
7. Выполнен технико-экономический анализ использования теплоты вторичного пара, образующегося за конденсатоотводчиками, путем его сжатия до давления исходного греющего пара. Рассмотрены способы повышения эффективности использования водяного пара в типовых теплотехнологиях и тепловом оборудовании. Приведены экономические показатели предложенных мероприятий по энергосбережению.
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих печатных работах:
В изданиях, рекомендованных ВАК РФ
- Косов А.В. Выбор конденсатоотводчиков и их экономическая эффективность / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов и др. // Промышленная энергетика. 2002. №4. С. 30-31.
- Косов А.В. Характеристики конденсатоотводчиков дроссельного типа / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов и др. // Промышленная энергетика. 2009. №7. С. 42-44.
- Косов А.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления клапанного узла, выполненного по типу трубы Вентури / А.В. Косов, Ю.Я. Печенегов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (59). Вып. 1. С. 183-187.
- Косов А.В. Методика расчета конденсатоотводчиков с дросселирующими шайбами / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (59). Вып. 1. С. 154-157.
В других изданиях
- Косов А.В. Пути повышения эффективности работы пароконденсатных систем предприятий / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Энергосбережение в теплоэнергетических системах: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Вологда: ВоГТУ, 2001. С. 21-24.
- Косов А.В. Энергосбережение в пароконденсатных системах промышленных предприятий / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Научно-технический калейдоскоп. Сер. Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности. 2001. №4. С. 68-71.
- Косов А.В. Эффективность оснащения конденсатоотводчиками парового теплообменного оборудования / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем: материалы Междунар. науч.- техн. конф. Вологда: ВоГТУ, 2001. С. 97-99.
- Косов А.В. Расчет экономической эффективности оснащения конденсатоотводчиками парового теплообменного оборудования / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения: материалы Междунар. конф. Саратов: СГТУ, 2001. С. 33-35.
- Косов А.В. Энергосбережение в пароконденсатных системах промышленных предприятий / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: материалы Третьей Рос. науч.-техн. конф. Ульяновск: УГТУ, 2001. С. 165-168.
- Косов А.В. Повышение эффективности использования водяного пара в сушильных установках / Ю.Я. Печенегов, О.Ю. Косова, А.В. Косов, Р.В. Богатенко // Современные энергосберегающие технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов): тр. Первой Междунар. науч.-практ. конф. М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2002. Т. 4. С. 177-179.
- Косов А.В. Энергосбережение при обработке водяным паром кирпича - сырца в автоклавах / Ю.Я. Печенегов, С.А. Шишинин, А.В. Косов // Проблемы энерго- и ресурсосбережения: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2010. С.162-165.
- Косов А.В. Улучшение рабочих характеристик конденсатоотводчиков дроссельного типа / А.В. Косов, Ю.Я. Печенегов // Прогрессивные технологии, материалы и режущие инструменты в машиностроении: межвуз. сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2010. С. 43-44.
- Косов А.В. Экспериментальное исследование пропускной способности конденсатоотводчиков дроссельного типа / А.В. Косов, Ю.Я. Печенегов // Проблемы тепломассобмена и гидродинамики в энергомашиностроении: материалы докл. VII школы-семинара молодых ученых и специалистов акад. РАН В.Е. Алемасова. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2010. С. 382-384.
- Косов А.В. Повышение эффективности использования водяного пара при термовлажностной обработке кирпича-сырца в автоклавах / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов: труды Междунар. науч.-техн. семинара. Воронеж: ВГЛТА, 2010. С. 460-463.
- Косов А.В. Методика расчета конденсатоотводчиков с переменной площадью проходного сечения дросселирующей насадки / А.В. Косов, Ю.Я. Печенегов // Теплофизические исследования и измерения в энергосбережении, при контроле, управлении и улучшении качества продукции, процессов и услуг: материалы Седьмой Междунар. теплофиз. школы. Ч. II. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2010. С. 257-260.
- Косов А.В. Математическое моделирование и расчет конденсатоотводчиков дроссельного типа со слоем насадки / А.В. Косов, Ю.Я. Печенегов // Труды Пятой междун. школы - семинара молодых ученых и специалистов Энергосбережение - теория и практика. - М.: Изд. дом МЭИ, 2010. - С. 91-93.
- Косов А.В. Высокоэффективные конденсатоотводчики нового поколения / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов, А.А. Аксенов // Шестой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций. Ч.1. Саратов: СГАУ, 2011. С. 123-124.
- Косов А.В. Использование вторичных тепловых ресурсов при термовлажностной обработке кирпича-сырца / Ю.Я. Печенегов, А.В. Косов // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011: тр. Четвертой Междунар. науч.-практ. конф. М.: МГАУ им. В.П.аГорячкина, 2011. Т. 2. С. 265-268.
19. Патент на полезную модель 111608 Российская Федерация МПК F16Т 1/30. Конденсатоотводчик / Печенегов Ю.Я., Косов А.В. Бюл. №35 от 20.12.2011.
20. Патент на изобретение 2441182 Российская Федерация МПК F16Т 1/24. Конденсатоотводчик / Печенегов Ю.Я., Косов А.В. Бюл. №3 от 27.01.2012.
Подписано в печать 25.04.12 Формат 60×84 1/16
Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз. Заказ 78 Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Тел.: 24-95-70; 99-87-39, е-mail: izdat@sstu.ru
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям