автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Метод электротермической обработки воды для повышения надежности котельного оборудования на животноводческих фермах

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

МЕТОД ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ КОТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ЙИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Квиникадзе Гоча Алекса)

Москва - 1995

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства Российской Академии сельскохозяйственных наук.

Научный руководитель: кандидат технических наук, ст.н.с.

Гольдман В. Л.

кандидат технических наук, ст.н.с. Горбачев B.C.

доктор технических наук, профессор Рудобаита С.П.

кандидат технических наук, ст.н.с. Растимешин С.А.

Ведущая организация: Федеральная производственно-научная

компания "Агропромэнерго".

Защита диссертации состоится " ^ " LLWJ& 1995 г. в /О,. на заседании диссертационного Совета К 020.15.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-ивследовательском институте электрификации сельского хозяйства.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просиы направлять по адресу: 109456, г. Москва, 1-ый ВешняковскиЙ проезд, 2, ВЙЗСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВЙЭСХ. Автореферат разослан " " 1995 г.

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного л Совета, кандидат технических старший научный сотрудник М

.Ф. Молоснов

КРАТКАЯ Ш&ШРШЯШ. РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном сельском хозяйстве широко используются котлы малой (до 2 МВт) мощности, которые покргаают около 80% необходимых тепловых нагрузок. Анализ структуры тепло-потребления я технико-экономическая оценка систем теплоснабжения показали, что для сельского хозяйства целесообразно использовать автономное котельное оборудование без внешних сетей, установленное вблизи объектов теплопотребленяя. С учетом этого .диапазон требуемых тепловых мощностей современного парса сельского котельного оборудования определяется в области С,03...0,6 МВт. Представление в данной работе исследования, предполагается использовать именно для этого котельного оборудования.

Основной проблемой при эксплуатации сельских котлов является их низкая надежность, а частые остановки приводят к аварийным ситуациям и яедоотяуску тепла. Анализ этих явлений показывает, что основной причиной указанного является отложение накипи на внутренних тедлопередающих поверхностях из-за того, что качество вода в большинстве котельных не соответствует принятым нормам, так как на местах нет соответствующей ее подготовки.

В результате отложения накипи снижается КПД когла и увеля-вается фактический расход топлива. Очистка котлов от накипи достаточно сложна и малоэффективна, поэтому представляется актуальной проблема предотвращения отложения солей в котлах путем предварительной обработки питательной вода .для выделения накипе-образуших солей в ввде шлама до ее ввода в котельную установку.

Цель исследований - разработка научно-обоснованных рекомендаций и технических решений, реализующих новый способ термической Ж-обрабоиш питательной вода с филированием выделенного осадка, которым обеспечивает повышение эффективности, долговечности и эксплуатационной надежности сельского котельного оборудования -

Объект исследования - методы и технические средства выделения я сепарирования солей-накипеобразовагелей.

Методика исследований. Математическое описание сложного теплообмена яри лучистом нагреве потока жидкости в полупрозрачной грубе. Определение рациональных параметров электротермической установки, реализукщей новый способ, посредством экспериментально-теоретических исследований с использованием методов физического и математического моделирования процессов, и использование персональной ЭШ типа 1ВМ для выполнения необходимых расчетов.

Научная новизна работы заключается во впервые теоретически разработанном и подтвержденном результатами экспериментальных исследований, метода инженерного расчета основного рабочего органа электротермической установки, реализующей новый способ ИК-обработки питательной котловой вода, учитывающем особенности лучистого нагрева потока жидкости в полупрозрачной трубе.

Практическая ценность определяется впервые обоснованными в данной работе рациональными значениями режимно-конструктивных параметров разработанной установки для сельского котельного оборудования с различной теплэзой моащосгью, которые реализованы в макетном образце и подтверждены результатами его лабораторно-хозяйственной проверки в производственных условиях.

Публикация результатов. Основное содержание диссертации отражено в 5 печатных работах и одном ангорском видетельстве.

Апробация работы. Материалы диссертация докладывались и обсуждались на научно-практической конференция в г. Москве (1989 г.).

С0ДЕР1АНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертация определены основные потребители тепловой энерг-ид и обоснован .диапазон мощностей котельного оборудования, необходимого для современного сельского хозяйства. Обоснованы требования к питательной воде, обосдечиващяе безяа-кяпные реяимы работы сельских котлов. Вскрыт механизм накшеоб-рэзовзния я дан анализ прогрессивных решений по борьбе с ним, предложен новый способ и определены задачи исследований.

Установлено, что "для тепло сна бжеяйя крупных и средних ферм потребная мощность тешогенерярущях источников находится в диапазоне С,15...86,0 МВт. Для мелких ферм, арендных и других форл современных крестьянских хозяйств этот диапазон сдвигается в обласзь 0,03...0,6 Шт. Особенности сельского потребителя тепла значительно затрудняют использование систем централизованного теплоснабжения яз-за малой единичной мощности объектов я высокой территориальной плотности распределения нагрузок, а также из-за больших теплопотерь во внеиних сетях. При этом основными генераторам тепла являются котельные установки, состоящие из котлов я ряда вспомогательных устройств, в том числе оборудования для протявонакяпной обработки воды. Однако в большинстве ссльскях котельных отсутствует необходимая подготовка подпяточ-ной воды или она по различным причинам не работает. Это дряво-

дит к тому, что основная масса котлов питается водой с повышенной яесгкостью (до 12...15 мг-экв/л) и на их внутренних теплона-пряженных поверхностях образуются отложения (нампь), обладающие в десятка раз меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность металла. Эгя отложения привода г к неизбежному снижению суммарного коэффициент теплопередачи и, следовательно, к снижению КПД котельной установки, перерасходу топлива и повыиению аварийности котла.

Анализ данных химического состава различных вод Российской Федерации я Грузия показал, что наиболее характерными накшеоб-разовагелдаи в питательных водах сельских котельных являются соли кальция и магния, а среда них наиболее распространены СаС03, fyáOq и Поэтому в данной работе были проведены

целенаправленные исследования по борьбе именно с этими солями-накилеобразователями.

Известно, что количество образующейся накипи, ее состав, структура и свойства зависят от концентрации и химического состава солей в нагреваемом растворе, а также от его температуры и величины теплового штока. Так, анализ опубликованных исследований показал, что при температурах, меньших 80°С, из вода в виде накипи или шлама в основном выделяется CaCGg. С ростом температуры выше 80°С образуется накипь, основной составной частью которой является • Дальнейший poci температуры выше ICO... Л05°С привода к увеличению содержания в составе накипи. Определящш фактором начала процесса выпадения солей-накипеобразоватеяей является предел растворимости той или иной соли, зависящий от температуры и наличия центров кристаллизация. Для рассматриваемых солей указанный предел находятся в диапазоне 80...Ю0°0.

Знание условий я причин образования накипей позволили провести анализ известных методов борьбы с данным явлением с целью разработки нового, наиболее эффективного способа. В результате установлено, что гаме метода физической борьбы с накипью как магнитная обработка вода, антикоррозионное покрытие поверхностей нагрева и акустические вибрационные воздействия на них слишком дороги для сельского хозяйства и малоэффективны. Кроме того, колебательные воздействия на элементы котла снижают его надежность. Здесь отмечено положительное воздействие осгеклованяости труб элементов нагрева. Так, при температурах вода до 9С...Э5°С скорость отложения накипи на остеклованных трубах зафиксирована в 2 раза никс, чей в неостеклованных.

Наиболее перспективными, с точки зрения автора, являются термические методы борьбы с накипью, основанные на свойстве изменения растворимости солей с изменением температуры раствора. При этом соля с отрицательным коэффициентом растворимости выпадают в осадок и их можно уловить я выделить из питательной вода. Ни один из известных методов этого направления не смог в полной мере удовлетворить нужды сельского хозяйства, поэтому автором был предложен новый способ, исследованию которого и посвящена данная работа.

Сущность способа заключается в следующем (см.рис. I).

сети

Вода

Рис. I. Прщцшшшьная схема способа обработки питательной котловой воды ПК-излучением и фильтрованием

Питательная вода с растворенными в ней солями жесткости, протекая по термически стойкой я оптически прозрачной для ИК-лучей трубке I, нагревается от ИК-яаяучателя 2 до температуры, обеспечивающей высаждение солей несгкостд в фильтре 3, откуда умягченная вода подается в ногел 5 или к потребителю. С целью снижения расхода тепла на процесс используется теплообменник 4, в котором осуществляемся предварительный подогрев исходной вода обработанной. Применение оптически прозрачной для ИК-лучей разделяющей поверхности (кварцевое стекло), не подвергаемой коррозии, обусловлено тем, что, проникая сквозь нее практически без помех, тепловое излучение (в ИК-спекгре) нагревает непосредственно поток вода без значительной помощи теплопроводности горячей стенки. В такой системе можно обеспечить практически безшер-вдонное регулирование температуры обрабатываемой вода. Оригинальность способа подтверждена патентом РФ.

Для практического внедрения предложенного способа в диссертационной работе предусматривалось решение следующих задач:

1. Провести теоретическое и экспериментальное исследование влияния ИК-нагрева на жесткость воды.

2. Создать математическую модель ИК-нагрева воды в полупрозрачной (кварцевой) трубе.

3. Проверить в лабораторных условиях основные теоретические зависимости влияния ИК-излучения на солесодержание питательной котловой воды и разработать инженерную методику расчета конструктивных элементов установки для электротермической ИК-обработки вода.

4. Разработать технологическую схему и создать экспериментальный образец ИК-обработки питательной котловой воды в хозяйственных условиях.

5. Определить знергетическуэ и эксплуатационную эффективность предлагаемого метода.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию процесса я разработке методики инженерного расчета основного рабочего органа ЭТУ.

Анализ известных расчетных методик наиболее блазках по физической сущности процессов показал, что ни одна из них не может быть использована, т.к. все она яе учитывают принципиальных особенностей рассматриваемого метода.

При рассмотрении процесса лучистого нагрева обрабатываемой воды в полупрозрачной трубе необходимо учесть, что он сопровождается одновременным переносом теплоты путем теплопроводности и конвекции. Кроме того, необходимо учесть разделение интегрального потока излучения излучателя на составляющие: проходящего сквозь оптический фильтр (кварцевое стекло) а отраженного излучения.

Дяя этого рассматривалась совокупность теплообмениващихся тел основного рабочего органа в ваде двух взаимодействующих меяду собой теплодзлучащих систем (рис. 2).

Первая система (рис. 2.6) состоит из звдкости (тело I) с температурой Тр движущейся внутри цилиндрического канала, представляющего собой полупрозрачный экран Зп с внутренним диаметром ^ -, толщиной я длиной I , а таете тела 2, представляющего собой излучающий цилиндр .длиной & и диаметром

= , расположенный коаксяально каналу для асддкости и

имеющий неизменную по длине температуру Т2 = (прячем Г2>т1).

Рйс. 2. Представление совокупности теплообменяваодихся г ел в виде двух теплоязлучавдях систем

Вторая система (ряс- 2.в) состоит аз теплоязлучающего тела 2,' преде гавлящег о собой из лучащий щдаядр с температурой

= м}епь , диаметром » дайкой I и расположенный коакоиаль-но внутри тела 3, который имеет форму цилиндрического канала

4/ ,,

.диаметром = А-23 , медцу телами 2 я 3 расположен цилиндрический экран 3 о дяаметром я дайной ?. Благодаря тому, 410 расстояние ыевду телами 2 я Значительно меньше размеров этих тая, принято условие -22, -

Кроме того, принято, что коэффициенты поглощения А2 и ^ к теплового излучения Е2 я Е3 тел 2 и 3 не зависят от температур я координат точек на поверхностях этях тел. Взаимное вяяяние двух тешгаязлучащях систем характеризуется тем, что в излуча-вдей системе I собственное излучение тела 2 равно эффективному излучению тела 2 в язлучаадей системе 2, т.е. принятое допущение оаазчает, что

4 - <л (1>

Пря достижения термодинамического равдовесйя в совокупной системе тешгообменивавдихся тел (ряс. 2.а) принято, что плотность потока интегрального излучения тела 2 Е2 = ¿с/еп- неизменна для всех элементов излучающей поверхности, а излучение с внутренней ^ и наружной ^ поверхностей тела 2 испускается по всем длинам воля Л с одинаковой плотностью Е^ потока монохроматического излучения. Эти допущения означают, что:

- .для язлучащей системы Г

ш

- для язлучащей системы 2

яЯ^А^^* (з).

^ 4.

- для совокупной системы тешгаабиенивавщяхся Уел

(4)

тАя^ ~ Е*атр«~ЕЛ,1гро1Гэ

Б (4) учтено свойство полупроэрачносгд экрана Эп, т.е. 50, что оя является прозрачной средой для интервала длин волн от ^ до-Ад , а для остального диапазона дан волн - непрозрачен.

Использование метода сальдо я закона Стефана-Больцмаяа позволило получить выражение для вычло жлоя эффективного язлучения ¿З^тела 2 в язлучащей системе 2, а рассмотрение, излучающей системы I, с учетом (I) я (4), позволило получить выражение для результярунщего потока излучения с^О/г ^ тела 2 на тело I пря наличии экрана я тела 3

■Д. 4 Ха, И^/Зл.

1У

III ' ,4 1 ,у Аг . . (5)

41 -- л. ¡V /• *■ I ,•) /.

я< Л

где Адр, АСр, Адр, Адр - приведенные коэффициенты поглощения

совокупной системы теллообменивающихся тел; Т3 - температура

внутренней поверхности тела 3.

Уравнение (5) определяет долю тепла, переданного телом 2

телу I излучением. Полный тепловой поток¿/¿2^ сушируег перенос

тепла через полупрозрачный экран излучением с/<£ =с1®/>;I и

АВ (<ч>УЗ

теплопроводностью <У

Составляющей конвективного переноса моано пренебречь, т.к. воздушный зазор между телом 2 и Эд пренебрежимо мал.

При определенна с/<Зг принимается, что температура наружной поверхности цилиндрической стенки полупрозрачного канала известна, неизменна по воей дланей я раваз Т2-

В установившемся режиме термодинамического равновесия, выделяемое телом 2 тепло с/фд расходуется на нагрев потока йид-костя (тела I) в полупрозрачной трубе д на компенсацию потерь теп® окружающую среду, т.е.

оЦ, = + с!(2„от . (V)

Количество тешюты , выделяемое в излучающем теле 2, вычисляется как полезная активная мощность катушки индуктивноо-ти, выполненной из провода о удельным электрическим сопротивлениемв подключенной к сети переменного тока напряжением V,

Потери тепла в окружающую среду определяются о помощью следующих равенств

Кг-<¿4/ ' сй

в которых <^0,иь=ъ 3- тепло, передаваемое излучением от

тела 2 телу 3; тепло от тела 3 в окружающую среду, пере-

даваемое конвекцией ; - тепло, передаваемое от внутренней поверхности тела 3 к его наружно2 поверхности теплопроводность«). А так как тепло о/^, получаемое телом I, идет на увеличение его энтальпии сА'- , то подставляя в (б) и (?) значения вхо-

дящих в них величая и интегрируя по всей дайне Я , «окно определить конструктивные характеристика основного рабочего органа разрабатываемой ЭТУ.

Однако в данном обобщенном виде решение уравнений является достаточно сложной задачей, поэтому с целью ее конкретизации и упрощения зависимостей, в работе проведано задание краевых условий, позволивших определить границы эффективной реализации предложенного способа.

3 качестве материала трубки предложено использовать плавленное кварцевое стекло, как наиболее подходящий по своим физико-механическим параметрам к условиям протекания исследуемых процессов.

При нагревэ тел Ж-лучами эффективной является только определенная, хотя достаточно широкая, область длин волн. Поэтому для оптимизация процесса проведено согласование (рис. 3) спектра источника излучения с положением полосы поглощения облучаемой вода и полосой пропускания кварцевого стекла.

Площади под кривыми распределения Ед представляют собой оросительные плотности потоков интегрального излучения I, которые кривыми I я 2 делятся на 3 частя: слева от I - доля излучения, проходящего сквозь слой воды и не поглощенного ею; справа от 2 - доля излучения, не проходящего сквозь стенки кварцевой

геоо-д да с . \ 'м еоо

^ л

1 - слектр пропускания слоя

вода.е»; .....

2 - спектр пропускания плавлен-

ного кварцевого стеши, £;

3 - относительная спектральная

поверхностная плотное!ь по-гока излучения £д нахроыо-вого излучателя

1 2 3 4 5

д я и н л в о л а к , „к

Ряс. 3. К согласованию спектральной характеристики излучателя со спектральными свойствами, вода я. кварцевого отекла

трубки; менду кривыми I я 2 - доля излучения, собственно идущего на нагрев обрабатываемой вода.

Сравнение соотношений названных площадей при различных температурах излучения излучающего тела, полученные путем экстраполирования кривых распределения в область больших ддан волн о последующем 2?рафэтаскЕШ интегрированием полученных значений, дозволяло обосновать оптимальную температуру излучателя (ЗС0+50°С), при которой наиболее эффективно (на 65%) используемся энергия ИК-дзлучения. Это, в совокупности о другими принятыми краевыми условиями, позволило значительно упростязгь уравнение (5) и получить следующую систему уравнений

- **. . ■ = -Та,) + 1Л У с

где С{т - массовый расход нагреваемой жидкости; Ср - теплоемкость жидкости; ТВХ1,ТВЫХ^ - температура жидкости, соответственно, на входе и выходе из трубы длиной (I ; коэффициент гешшроюд-ности кварцевого стекла; - средняя температура внутренней поверхности кварцевой трубки; - температура, соответст-

венно, наружной поверхности слоя тепловой язояяцин (тела 3) я окружапэдзЯ среды; о^- коэффициент теплоотдача с наружной поверхности изоляция; АПр - приведенный коэффициент логлогцзняя яздуча-щей системы 2.

Полученная система (9) дозволила разработать методику инженерного расчета конструктивных характеристик основного рабочего органа ЭТУ. По этой методике расчет начинается с вычисления по заданному внутреннего диаметра с/ (кварцевой трубки, радиусов - внутренней поверхности йзлучащего тела я % -внутренней поверхности слоя тешгозой изоляция. Затем определяется средняя температура потока вода я, методом последователь-

4-сР

яых приближений, температура . После этого производятся вычисление длины £ язлучающей поверхности излучателя по формуле

/_ А 4 ь' , (ю)

1 ■I

- _ = ^у(У^)

И, наконец, находится величина толщины слэя тепловой изоляция по формула

где

Из (10) я (II) вадш, что при проведеняя кояструктявных расчетов необходимо знать значеяия приведенных коэффициентов поглощения Адр и А^. Поэтому для получения их опытных значений в третьей главе были проведены специальные ясследованвд.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям ИК-обработкя вода в лабораторных условиях для обэсяованяя оптимальных режимов выделения характерных соле15-накшеобрэзователей, выявления опытных значений приведенных коэффициентов поглощзняя я проверки адекватности расчетной методики.

На первом этапе зксдерямаягалышх дсследованяй был определен опхшальный способ намотвд излучающей опирали на кварцевую трубку, обеспечнвавдяй максимальную эффективность дспользованяя электрдазокой энергия.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что оптимальной, с рассматриваемой точка зреняя, является намотка язлучавдей спирали ляхромошм проводом диаметром 1,5 мм.вяток к вятку в один ряд.

Обоснование температурных реашэв ИК-обработкя пята тельной вода про во далось путем выявления и анализа зависимостей остаточной кесткоотд вода с заданной начальной жесшзотыэ от конечной температуры ее наг рева. Зависимости снимались для обоснованных в первой главе солей-накшеобразователай о достаточно высокими значениями начальных концентрация (ряс. 4) ясследуемых растворов.

и

_4- 1

А ! <

1 ( 1 ' 1 С. л 1 ^ ¡4

1 | — —

Г Л 1 л

< 1 . 1

1 :

| ; 1

1 I л 5-

1

! С

I 1 •с

а)

2,5 2,0 1.5

1.0

С.5

^ггтг " I )

Сс т 1 1

) у |

V 1 1 ч! !

/ ь. Г*1

/

{ л № £ тч/оЧ

и

•с

II 20 30 40 50 60 70 50 Э0 Т О)

о - начальная жесткость 12,0...12,3 мг-экв/л Д - начальная жесткость 9,1...9,4 мг-экв/л

о - начальная жесткость 6,1...6,4 мг-экв/л А- начальная жесткость 3,1...8,6 мг-экв/л

Ряс. 4. Зависимость остаточной жесткости воды от температуры при ИК-обработке а кварцевой, трубке дан различных солей-яакдпео браэ ова телей

10

8

6

2

При зтои установлено, что термическая ИК-обработка вода с преимущественным содержанием солей даяет быть эффективна, когда оно более 8 мг-экв/л, например в морской воде. При мажх концентрация <2)30^ (менее 8. мг-экв/л) эффективность ИК-обра-ботки резко падает, а при концентрациях менее 4 мг-экв/л практически не дает искомого технологического эффекта.

При обработке вода о преимущественным содержанием солей СаС03 и полученные кривые (рис. 4.6) представляли собой

кривые растворимости этих солей в чистом водном растворе при его термической ИК-обрэбртке. Характер кривых показал, что для

того, чтобы обеспечить безяакияше режима работы котельных установок, при остаточных яесхкостях менее 0,7 мг-экв/л, достаточно довести температуру питательной вода до 87...90°С а тут же отфильтровать выделенный осадок. Однако, как правило, в источниках водоснабжения реальных котельных содержатся вое три характерных соли в различных пропорциональных соотношениях. Поэтому, с цзльв сравнения полученных опытных значений рекомендуемой температуры обработки вода, была проведена специальная сарая опытов по Ж-обработке московской водопроводной вода с начальной жесткость® 2,1...2,3 мг-экв/л. Результаты исследований (рис. 5) показали, что при нагреве водя до 65...7G°C остаточная жесткость ИК-обра-

2,5 2,0 1.5 1.0 0,5 О

10 20 30 40 50 во 70 ВО 90 тм

Рйс; 5. Зависимость остаточной жесткости московской водопроводной воды от температуры при Ж-обработкз в-кварцевой трубке

боганной вода после фильтрация осталась такой же, как д до обработки. Затем, при нагреве от 70 до 80°С зарегистрировано резкое снижение остаточной яесткостя до 0,8 мг-экв/л. Здесь, по-видимому, начинает действовать гешювая коагуляция частиц, которая способствует образованию дополнительных адятров кристаллизации оолей в ускоряет процеоо выделения твердой фазы, Даже,

-

i

Л |\

!\

ч

0— V

при дальнейшем увеличении температуры от 8G до 96°С, остаточная жесткость снижается более плавно.

Из полученных результатов сделан вывод, что для того, чтобы получить питательную воду с остаточной жесткостью в диапазоне 0,6...О,7 мг-экв/л, достаточно ее нагреть ИК-язлучеяяем в кварцевой трубке до температуры 85...90°С и отфильтровать выделенный осадок.

При определении опытных значений приведенных коэффициентов поглощения совокупной излучащей системы основного рабочего органа ЭТУ, задача отыскания значений Апр и А^р сводилась к экспериментальному поиску фактического значения коэффициента

V^V^fe/S**'. 1121

где - усредненное значение величины отрезка оси абсцисс, ограниченного точками начала координат я точкой пересечения оса

II Л

абсцисс с линяей У => X-Cj- в координатных осях: У = (Т3/1С0) ; X = (Tg/ICO)4. Для этого выдерживались условия неизменности теплосъема с наружной поверхности тепжвой изоляция при постоянстве ее температуры. Значение коэффициента А^р вычислялось по формуле, полученной в главе 2, согласно которой

Апр « V(I + А2 + » V°'9S' (13)

где зяачеяяя коэффициентов шглощеняя обраба шваемой воды Aj = а 0,96 и излучащей спирали Ag = G.85 взяты по справочным данным при температурах номинального режима работы установки. После математической обработки опытных данных получены усредненные значения искомых коэффициентов Аяр =0,3 и А^р = 0,31, которые дали возможность использовать разработанную во второй главе методику расчета. Однако дая подтверждения надежности расчетной методики было проведено специальное исследование по ее проверке на

адекватность.

Проверку адекватности провели путем сопоставления опытных значений температуры обрабатываемой воды на выходе из основного рабочего органа с результатами расчета до формуле

в которой за средний температурный напор принят о среднеарифметическое значение большей и меньшей разности температур между потоком вода и внутренней стенкой кварцевой трубки. Результаты экспериментов, проведенных в диапазоне нагрева вода от 17 до 94°С при неизменной температуре излучающей спирали яа уровне 8С0+3°С, показали, что максимальное расхождение расчетных и фактических значений де превышает 5,5$. Это обеспечивает достаточную достоверность результатов расчета и подтверэдает надежность использования разработанной в данной работе инженерной методики.

,3 четверток главе представлены основные характеристики и результаты производственных испытаний макетных образцов, разработанной ЭТУ, а также дана экономическая оценка эффективности ее использования для термической ИК-обработки питательной котловой вода.

Разработанная я проверенная в данной работе методика расчета основного рабочего органа ЭТУ для ИК-обрабогка пятательной вода позволяла составить программу для расчета на персональных ЭШ типа 1ВМ. Результаты машинных расчетов по разработанной программе дали возможность авзору рекомендовать для внедрения технологические характеристики основных конструктивных узлов я элементов таких установок (табл. I) для сельского котельного оборудования с различной единичной тепловой мощностью.

На основе выполненных ясследований и по результатам пряве-

Тайяаца I

Основные технические характеристики установок для ИК-ойработка пйха*ельной котловой води сельских котлов малой мощности с полным л частичным разбором геплоносигеля

Щ Тдп и марка котельного оборудования <•? ,кг/ч Око- Основной рабочий орган. Площадь

Д/п • рость _мм_ гепло'оÖ-

воды, / л й- (и ыенникэ

м/с £ dj Ц с , t,r

I. Частичный разбор, теплоносителя: ДО 50 0,05 20 но 14 3,0 0,7

- котлы всех марок ДО 100 0,09 20 230 14 3,0 0,9

до 200 0,18 20 460 14 3,0 1.4

2. Полный разбор теплоносителя:

- паровые я водогрейные котлы типа КВ-300, КВ-300Л, КГ-300 от до 200 300 0,27 20 660 15 3,0 2,4

- паровые и водогрейные котлы типа КГ-500, М-500 01 до §88 0,27 25 880 19 3,0 4,8

- паровые и водогрейные котлы типа Д-721, Д-900, КГ-ЮОО от до 500 IG00 0,27 38 1300 27 3,0 8,3

- паровые и водогрейные котлы типа rü>1500, КТ-1500, Универсал 5М, Универсал 6М ох до 1000 1500 0,27 47 1810 27 3,5 13,2

денных расчетов основных конструктивных узлов, созданы макетные образцы, которые смонтированы на базе действующего оборудования животноводческой фермы совхоза "Истра" Московской области. Результаты испытаний подтвердили соответствие основных расчетных и фактических характеристик разработанных ЭТУ, а также правильность теоретических предпосылок и предварительных выводов экспериментальных исследований.

При оценке экономической эффективности внедрения ЭТУ за базовый вариант принят вариант использования котла КВ-300Л без предварительной подготовки воды, а за новый - работу котлов КВ-300Л с использованием разработанной ЭТУ. В результате расчетов в ценах 1992 г. установлено, что годовой экономический эффект от внедрения одной ЭТУ составляет 3,5 шш.руб. Потребление топлива снижается в среднем на

ОБЩИЕ вывода

1. Снижение солесодержания вод, используемых для подпитки котлов сельскохозяйственного назначения в Российской Федерации

и Грузии, наиболее эффективно осуществляется разработанной автором электротермической установкой, которая реализует обоснованный теоретическими и экспериментальными исследованиями способ термической инфракрасной (ИК) обработки воды с последующим фильтрованием выделенного осадка (патент РФ /5/).

2. Установлено, что практически безнакипный режим котлов обеспечивается при использовании инфракрасного нагрева питательной воды в кварцевой трубке с нагревом до 85-90°С, позволяющего снизить жесткость воды по содержанию солей СаС03 и (0Н)2 до

О,6...0,7 мг-экв/л.

3. Определена оптимальная температура ИК-излучателя, равная 800°С (+50°С) обеспечивающая максимальный поток энергии ( 65$), проходящий через кварцевую трубку толщиной 2.5...3 мм и диаметром проходного сечения более 8 мм.

В результате теоретических исследований получено уравнение для определения количества тепловой энергии, переданного излучателем потоку жидкости через экран (кварцевая трубка) с любыми оптическими характеристиками при наличии отражающего экрана и слоя теплоизоляции.

5. В результате экспериментальных исследований установлены значения коэффициентов поглощения для рассыотренныхсистем тепло-обменивающихся тем - АДр = 0,3 (для системы, состоящей из излучателя, наружного экрана и слоя теплоизоляции), АПр= 0,31 (для системы, состоящей из излучателя и расположенного внутри него кварцевого приемника, заполненного водой).

6. Разработан метод инженерного расчета и определены оптимальные характеристики нагревательного элемента для ИК-обрэботки воды котельных установок малой мощности,

7. Разработана эффективная технологическая схема применения ИК-обработки воды для котельных установок малой мощности с применением рекуперативного теплообменника, обеспечивающего снижение потребляемой мощности электронагревателя в 3,5 раза; определено максимальное значение температуры питательной воды на выходе из теплообменника - (70°С).

8. Производственная проверка опытных образцов ЭТУ, созданных на базе проведенных исследований, подтвердила эффективность нового способа ИК-обработки и фильтрации питательной котловой воды, использование которого, в сравнении с котлом КВ-ЗООЛ без пред-

верительной обработки подпиточной водой, позволяет снизить пере расход ¡топлива в 8 ... 10 раз и увеличить срок эксплуатации кот ла 2 2,5 ... 2,6 раза. При этой годовой экономический эффект от внедрения одной ЭТУ производительностью 98 ... 101 кг/ч питател ной воды составляет в ценах 1992 г. более 3,5 млн.рублей.

Основные положения диссертации отражены в следующих работ.

1. Квиникадзе Г.А., Гольдман В.Л. Автономное теплоснабжение арендных объектов (малых ферм). Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе". Часть М - И., 1989 - с. 78-79.

2. Квиникадзе Г.А., Гольдман В.Л., Пархоменко А.И. Разработка нового оборудования для теплоснабжения животноводческих ферм /Сб.трудов/ ВНШШ. Подольск, 1989, с.173-178.

3. Квиникадзе Г.А., Гольдыан В.Л., Перспективные системы теплоснабжения АПК. Достижения науки и техники. - М.: Агропромиз-Д8Т, 1990, (Й 5, с, 34-35.

4. Квиникадзе Г.А., Гольдман В.Л., Пархоменко А.И. Перспективные методы повышения КПД и наде&ности котельного оборудования на аивотноводческих фермах /Сб.трудов/ ВНШШ. Подольск, 1989, сЛ52-157.

5. Квиникадзе Г.А., Гольдман В.Л. Способ ^иягчения воды. Патент на изобретение РФ /решение о выдаче от 22.02.95/.