Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнение кожухотрубных и пластинчатых теплообменников по энергетической эффективности

А.Л. Ефимов,

Ю.М. Селиверстов,

В.М. Сотников,

М.Ю. Юркина,

Р.В. Романов,

Л.В. Шварев

ВВЕДЕНИЕ

Повышение энергетической эффективности теплообменников -- одно из важных направлений улучшения эксплуатационных характеристик систем и установок для производства, транспортирования и распределения энергии [1 - 4].

Рассмотрено три типа теплообменных аппаратов, применяемых в тепловых пунктах систем теплоснабжения:

- разборных пластинчатых теплообменников (РПТО) с гофрированными пластинами конструкции фирмы «Zondex»;

- кожухотрубных теплообменников типа ВВПИ (водо-водяные подогреватели интенсифицированные) с поверхностью теплообмена из тонкостенных труб с поперечной накаткой;

- теплообменных аппаратов, набираемых из пластин с шахматно расположенным плоским прерывистым оребрением.

Первые два типа теплообменников применяются в качестве водоподогревателей в тепловых пунктах систем теплоснабжения и в технологии. Последний разрабатывается для применения в аналогичных системах.

УСЛОВИЯ СОПОСТАВЛЕНИЯ

теплогидравлический энергетический теплообменник пластинчатый

Выполнена оценка эффективности теплообменников для тепловых пунктов систем водяного теплоснабжения по методу М.В. Кирпичева, а именно по модифицированному показателю энергетической эффективности

E = Q/[At(Nl+N2)].

Сопоставление выполнено при трех различных условиях.

В первом случае сравниваемые теплообменники с гофрированными и оребренными пластинами имели одинаковые габаритные размеры пластин и их общее количество. Выполнение условия равенства тепловых мощностей

Q6 = QP О

обоих теплообменников достигалось увеличением расходов греющего G\ и нагреваемого Gi теплоносителей в разрабатываемом теплообменнике. Фактором, подтверждающим преимущество разрабатываемого теплообменника по сравнению с базовым, является выполнение условия

Во втором случаевыполнение условия (1) достигалось изменением габаритных размеров пластин (уменьшением их ширины и одновременным увеличением длины при неизменных площади поверхности теплообмена пластины Fo и общем их количестве и).

Также неизменными оставались расходы теплоносителей, равные их расходам в базовом теплообменнике. Фактором, подтверждающим преимущество разрабатываемого теплообменника по сравнению с базовым, является выполнение условия (2). В третьем случае неизменными оставались габаритные размеры пластин и их общее количество. Условиями сопоставления поверхностей являлись равенства

выполнение которых достигалось увеличением расходов теплоносителей в разрабатываемом аппарате. Фактором, подтверждающим преимущественно разрабатываемого теплообменника по сравнению с базовым, является выполнение условия:

Рассмотренные условиясопоставления характеристик теплообменников выбраны из соображений возможности возникновения следующих практических ситуаций.

Первый случай соответствует ситуации, когда тепловая нагрузка потребителей, подключенных к источнику теплоснабжения, остается неизменной, но расчетные температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах городской теплосети не выдерживаются и составляют, например, 130/70 °С вместо 150/70 °С.

Второй случай соответствует ситуации, когда тепловая мощность присоединенных к теплосети потребителей и расчетные температуры сетевой воды остаются неизменными.

В третьем случае увеличивается тепловая нагрузка присоединенных к теплосети потребителей, но необходимо сохранить неизменными гидравлические потери в контуре сетевой воды или в контуре присоединенных потребителей.

В качестве базового аппарата, с характеристиками которого сравнивались характеристики аппаратов иных конструкций, был выбран теплообменник с гофрированными пластинами, подобранный с помощью программы расчета и подбора пластинчатых теплообменников фирмы «Zondex», рекомендованной к практическому использованию.

Оребрение пластин разрабатываемого теплообменника осуществляется с помощью ленточных волнистых или ломаных вставок. Соседние вставки имеют смещенные профили на половину поперечного шага оребрения. Возможно применение вставок и в виде выштампованной из пластины решетки коротких плоских или криволинейных прерывистых профилей. Выбранная конструкция оребрения позволяет при необходимости изготавливать теплообменники с отличными коэффициентами оребрения по обе стороны теплопередающих пластин, что важно, учитывая существенное различие расходов греющего и нагреваемого теплоносителей и, следовательно, их коэффициентов теплоотдачи. Контакт между поверхностью пластины и оребрением осу-щетвляется за счет стягивания всего пакета болтами при сборе теплообменника.

Кожухотрубчатые теплообменники, характеристики которых приведены в табл.1, выпускаются ЗАО «ЦЭВТ» и рекомендованы для использования в качество водо-водяных подогревателей для отопительных контуров водяных систем теплоснабжения или систем горячего водоснабжения зданий. Они могут применяться и в технологических системах. Трубы, из которых набираются поверхности теплообмена этих теплообменников, имеют поперечную накатку. Накатка выполняется по наружной поверхности труб. Поэтому они имеют поперечные выступы на внутренних стенках труб.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОПОСТАВЛЕНИЯ

Результаты сопоставления характеристик теплообменников базовой и разрабатываемой конструкций, а также расчетные данные по кожутрубчатым аппаратам приведены в табл. 1. Анализ представленных результатов свидетельствует об успешном решении поставленной задачи. При равной тепловой мощности сравниваемых аппаратов гидравлические потери в разрабатываемом теплообменнике меньше, чем в базовом на 30, 4 -- 46, 5 % (1 случай), -- 44, 39 -- 92, 46 % (2 случай). В случае равенства гидравлических потерь тепловая мощность теплообменники предложенной конструкции превышает тепловую мощность базового аппарата не менее чем на + 14, 4 % (3 случай).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как показали экспериментальные исследования и расчеты, выполненные на кафедре ТМПУ МЭИ (ТУ), применение пакетов гладких пластин с плоским прерывистым оребрением позволяет получить теплообменники с коэффициентами теплопередачи не ниже, чем в теплообменниках с гофрированными пластинами, но при меньших значениях гидравлических потерь.

Использование плоских пластин и обеспечение контакта между пластинами и оребрением только за счет стяжки пакета болтами, т.е. без применения пайки или сварки, упрощает технологию изготовления теплообмеников.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. М.: Издательство МЭИ, 2005.

2. Светлов Ю.В. Интенсификация гидродинамических и теплообменных процессов в аппаратах с турбули-заторами. М.: Энергоатомиздат, 2003.

3. К вопросу выбора типа водоводяных подогревателей систем теплоснабжения / В.А. Пермяков и др. Промышленная энергетика. № 4. 2000. С. 163-175.

4. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980.

5. Ефимов А.Л., Бережная O.K., Данилина А.В. Расчет и интенсификация теплообмена в промышленных теплообменниках. М.: Издательство МЭИ, 2005.

Размещено на Allbest.ru