автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Разработка и исследование воздушно-водяных утилизаторов тепла



московским государственный строительный „ „ „ л п университет

г г 5 ОД

ДНК 19Й6

На правах |))кшшси УДК 697.9.004.«

СТЕРЛИГОВ ВЯЧЕСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

разработка и исследование воздушно-водяных ушли заторов тепла

05.23.03. Теплоснабжение, вентиляции, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Л В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва ¡996

1\ю01а НЫПОЛНеНЛ Ь 1аЛ/М!к«.кОМ ¡ечннчсскоч ^ттерспии* II МоСкоиском 11)1_>;м|1С1110Н1]ом иршпсилом ^пииерсите.

Научный рукоиолшель.

- к.щдил.и кхннчсских наук, лона I г 11 А Гельман

ОфИПП.1ЛЫП.1С ОШЮПСНШ

локюр гечничсскпч наук, профессор б.А./1врМЯ1

клнлпла! »ечнннческпч паук, лоисш А I .Мелпк-Араколян

Цельным оркпш иипн АО 111111 Миром .илннм

часок па

ыселании сиеииали шроиапнот соиеы Д 05!. 11.07 при Москоьском государе гпениом строительном ушП1с пец 1с I е но алрссу Москва, Ярославское шоссе, 26, М1СУ, аул Ка

С лисссркщпсп можно ошакомигьси н оноикчскс уши .решега Просим Вас приншь участие и аашни' н напр.шт, К:ци ииыв и дь>\ .>к1смшя|>лх, замеренных печапао, но 'адресу Москпа, Ярослапское шоссе, 2Ь. МГСУ, Ученый соне!

Ученый ескрс!арь спецмалп шрованнот соней, локтор технических наук профессор

11 А.Хананоц

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Системы теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха потреблял? 40£ всего сжигаемого топливе и проблема энергосбережения зтими системами имеет актуальное значение.Перспективное решение птой проблемы - использование вторичны* пнергоресурсов (ВЭР1.

Важную роль в использовании ЮР играет эффективная утилизация бросовой знергии, в также создание технических средств,обеспечивающих максимально возможный возврат бесполезно теряемой онергии в технологический процесс.

Утилизация низкопотенциальной теплоты от воздуха, удаляемого системами вентиляции и кондиционирования, отходящих газов технологического оборудования для получения горячей води осложняется запыленностью газовых сред, о также недостаточным ассортиментом и количеством выпускаемого промышленность») теплоутилизационного оборудования.

Для получения горячей воды в утилизационных системах используется рекуперативные трубчатые утилизаторы тепла. Для использования ВЭР от систем вентиляции и технологических газовых выбросов для получения горячей воды с переменными расходами и температурами наиболее перспективными являются воздушно-водяные утилизаторы тепла с вращающейся поверхностью нагрева.

В настоящее время отсутствуют рациональные конструкции таких устройств, не изучены характеристики гидродинамических и тепловых процессов, происходящих при течении жидкости в трубках и межбруб-ном пространстве в поле действия центробежных сил, и,следовательно, нет методики расчета теплоугилизаторов.

Изложенное позволяет считать- актуальными разработку конструкций и исследование характеристик воздушно-водяных многофункциональных утилизаторов тепла с вращающейся поверхностью нагрева для. вентиляционных и технологических газовых выбросов.

Целью диссертационной раб о,ты является разработка новых конструкций воздушно-водяных утилизаторов тепла с вращающийся поверхность» нагрева для низкотемпературных вентиляционных и газовых выбросов, включая и загрязненные, обоснование целесообразности их применения, а также исследование гидродинамических и тепловых процессов, протекащих в аппаратах для создания инженерной методики их расчета.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- еиализ конструктивных особенностей существующих рекуперативных теплообменнике^ для их использования в качестве утилизаторов тепла вентиляционных и газових выбросов;

- разработка конструкции многофункциональных воздушно-водяных ути-лизеторов с быг оким коэффициентом теплоотдачи для низкопотенциальных вентиляционных к газовых выоросов (в том чиоле и загрязненных твердыми частицами):,

- разработка физикс-матемятнческоЯ модели гидродинамики и теплообмена при течении теплоносителей в каналах трубчатой поверхности и получение аналитических зависимостей расчета процессов, происходящих в теплоутигилаторпх с вращающейся поверхностью;

- исследование гидродинамических и тепловых характеристик в лаборв< горних и производственных условиях и сравнение их с теоретически' ни;

- обоснование режимов работы утилизаторов тепла, а также составление рекомендаций по проектированию и эксплуатации;

- технико-экономическое обоснование применения воздушно-водяных .утилизаторов тепла с вращапцейся поверхностью нагрева для утилизации низкопотенцкальных вентиляционных и газовых выбросов.

Научная н о в и з п а работы. Сформулирована и р| шеня задача расчета гидравлического и теплового режимов при течении жидкости в канале трубчатой поверхности вращающихся утилизаторов мэ основе приближенного решения дифференциального уравнения движения гибкости и использования взаимосвязи толщин теплового к гидродинамического пограничного слоев.

Получен« аналитические- зависимости для определения профиля скорости на различных расстояниях от входа жидкости в канал, теплоотдача на протяжении отого канала и значения осредненной по сечения температуры.

Получены аналитические зависимости по определению теплообмена враьающейся трубчатой поверхности нагрева.

Практическая ценность работы. Разработаны новые конструкции многофункциональных воздушно-водяных утилизаторов с вращающейся поверхностью нагрева.

Установлена целесообразность применения утилизаторов тепла с вращающейся поверхностью нагрева для утилизации теплоты низкопотенциальных вентиляционных и газовых выбросов, загрязненных твердыми или жидкими частицами.

Экспериментально подтверждены полученные теоретические-зависимости по определению теплоотдачи и осредненной по энтальпии температуры жидкости. >

Установлено плинш": отдельных факторов нч энергетические и гчсономические показатели.

Многократными производственными испытаниями подтверждена экономическая пффектияностъ прилунения утилизаторов для янрзботки тепля за счет использования низкопотемциялимг вемтил.теионных выбросов,

Разработана инженерная методика расчета многофункциональных утилизаторов тепля с вращающейся поверхностью нагрева, работающих как в статическом, так и п г.нмямчческом режимах.

Внедрения результатов. Утилизаторы тепла различных конструкции внедрены ня Худжанском хлебозаводе п обт-ек-тах ПО "Таджиктеплоксмиунонерго".

Апробация работы. Основные результаты работы доложены ня:

-Республиканской няуччо-прлятаческой конференции молодых ученых и специячистов, посвященной 60-летию образования Ленинского комсомола Гадликистана (Душанбе, май 1985г.

-Республиканской научно-практической конференции Таджикского политехнического циститу-"":"Пути решения проблемы охраны окружающей среды при проектировании об-тектоз" (Душанбе, апрель 1987г.);

-Республиканской научно-практической конференции «с л оды* ученых и спецяалистов (/Душанбе, июнь 1967г.

-Узждунзродном симпозиуме по экологии, очерго- и ресурсосбережению (Самарканд, ноябрь 1993г.';

-научно-технических семинарах кафедр отопления и вентиляции МГСУ и ТТУ Душанбе (1987-1996г.г.).

Публикации. По результатам робота опубликовано 12 статей, в том числе получено 5 азторских свидетельстз.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из о глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на198 стр., включая 134 стр. маш'.яопис-иого текста, 45 рисунков, 19 таблиц. Библиографический список содержит 130 наименований робот отечественных и зарубежных авторов.

Н а защиту выносятся:

-конструкции многофункциональных теплоутилизаторов с вращающейся теплооб_менной поверхностью для утилизации нкзкопотенциаль-ного тепла от загрязненной примесями воздушной среды;

-математическая модель гидравлического и теплового режима течения теплоносителя в канале круглого сечения ограниченной длины Хна начальном участке трубопровода);

-аналитические зависимости для расчета всех параметров работы многофункциональных теплоутилиэаторов;

-инженерная методика расчета воздушно-водяных утилизаторов тепла с вращающейся теплообменной поверхностью;

-результате экспериментальных лабораторных и производственны исследований утилизаторов;

-технико-экономическое обоснование целесообразности применения многофункциональных утилизаторов тепла с вращающейся поверхностью нагррва.

СОДЕРЖАНИЕ.РАБОТЫ

Особенности энергетического баланса республики Таджикистан, где местное топливо составляет менее 20^, а коэффициент полезного использования энергии в промышленных установках - 30-35$, определяют целесообразность использования тепловой энергии, уходящей с отводимым воздухом и технологическими газами. Изучены конструктивные особенности, тепловые, гидравлические характеристики применяемых рекуперативных теплообменников для утилизации тепла различных газовых сред и дана сравнительная оценка конструктив-ннх решений, значение коэффициентов теплопередачи, удельной ме-талоемкости, средних сроков службы, теплотехнических свойств, из1 товления, монтажа и эксплуатации, В результате мы пришли к выводу, что существующие конструкции нецелесообразно применять в качестве утилизаторов для ВЭР, загрязненных вентиляционных и технологических газовых выбросов при получении горячей воды с переменным диапазоном температуры (25-95°С) и расхода (0,25-4,Зт/ч).

В связи с этим нами разработана новая конструкция воздушно-водяного теплоутилизатора с вращающейся теплообменной поверхност которая по сравнению с существующими теплообменниками обладает р дом преимуществ:

-более высокие коэффициенты теплопередачи как результат интенсиф кации процессов теплообмена;

-возможность работы при загрязненном примесями воздухе; -многофункциональность конструкции, позволяющая исключить кз сис мы утилизации вентилятор и насос.

Нами предложено несколько модификаций многофункциональных в душ»о-водяных теплоутилизаторов, отличающихся расположением труб го барабана, местами подвода и отвода воздуха и воды. Одна из ни представлена на рис.1.

Конструкция состоит из коленообразного корпуса и вращающейс

Утилизатор тепла

Рис Л

поверхности нагрева в виде трубного барабана.Поверхность размещена внутри корпуса и образует вместе с ним диаметральный нагнетатель.

В результате воздействия центростремительных сил воздушный поток устремляется к центру барабана, проходя сквозь слой трубок. При этом воздушный поток через стенки трубок интенсивно передает тепло воде в результате возрастающей турбулизации. Центробежными силами воздух выбрасывается в конфузор, вторично омывая слой трубок.Загрязнения, имеющиеся в воздушном потоке под воздействием центробежной силы, направляются в перефирийную часть барабана и отбрасываются к стенкам корпуса. При этом утилизатор перемещает воздух через свои поверхность нагрева и создает избыточные давления, достаточные для преодоления сопротивлений системы. Так как входы и выхоцы вода в трубки барабана имеют различные радиусы, под воздействием центробежной силы в камерах возникает разность гидростатических давлений, обеспечивающая преодоление гидравлического сопротивления трубок поверхности нагрева.

Изучение работ, посвященных гидро,динамике и теплообмену при течении жидкости в канале круглого сечения ограниченной длины при ламинарном режиме (Л.Шиллер, П.1!|!курадэе,И.Буссинеск,ГЛ!1лихтинг, С,М.Тарг, А.В.Лыкоа, В.М.Кейс, М.Якоб,В.Нуссельт, Д.М.Смит,П.В.Цой, В.М.Зусманович, А.А.Сулеймацпв,М.Я.11оз,Ван-Пу-Сюэиь, К.Степан,

- b -

E.K.Cübji'ioy, Б.С.Нетухоь и яр.), срывании труокых пучков поперечным пэюксм теплоносители и характеристик теплообменников (К.В.Кир-пичев, А.А.Жакаускас, I!.А.Михеев, В.М.Антуфьев, В.И.Макарквичус, А.А.йланчаускас, В.Ы.Кейс, В.Н.Богословский, М.П.Поз, В.Д.Юдин и др.) позволяет сделать следующие выводы:

-использование точного решения теплообмена в круглой трубе при постоянных физических свойствах и граничных условичх первого рода неудобно при выполнении практических расчетоз теплоотдачи вблизи от входа в трубу;

-расчетные зависимости по определении-профиля скорости в трубчатом канале теплообменной поверхности ограниченной длины достаточно хорошо описывают распределение скорости только на отдельных участках трубопровода; ' : "'

-существуг.щиа приближенные решения имеют достаточную точность только на отдельных участках приведенной длины;

-используемые критериальные уравнения по определению теплоотдачи при омывании поперечным газовым потоком пучков труб учитывают'в основном геометрические характеристики трубных пучков, (¡ихматное или коридорноо расположение, продольный, и полереч»сый шаги'труб), расположенных неподвижно по отноЕениг. к owJBSvx^evr/ потоку.;

Дли разработки метода расчета теплообмена в теплоутил.иэаторе с вращающейся поверхность нагрева необходимы исследования гагро-динаЬического и теплового режима при ламинарном течении Brtiu в трубках и турбулентном течении воздуха в межтрубн.оы пространстве.

В предлагаемых конструкциях теплообменно.м) аппарате ийчальной температурой распраделяетсл по трубкам, расположенным с виде пучка, и в направлении движения по оси канала .иэчепнет cboss температуру вследствие передачи тепла через твердую стенку от воз-г.уха, омывающего наружную поверхность трубок. Интенсивность теплообмена определяется расположением трубки относительна' оси вращения барабана теплообменника, в также степенью турбулентности потока греющей среди, набегающей на наружную поверхность трубок. Воздух при отом изменяет темпе]; атуру.

Задача состоит в отыскании поля окорости 1аГс5!х)и температуры |- {'¿х) потока жидкости, движущегося внутри канала, а также теплоъого потока Q(x) от омывающей среды к кидкости, при этом тьнлофизические характеристики потока приняты постоянными и не зеьисящикк от координат. Температура омывающего ьоэдуха примята постоянной и равной средней мокду температурой входа и выхода,

В направлении движения потока жидкости а рг-зультата действия сил трения у поверхности стснки трубки об^з.чуоч'ся додоичаскиИ

пограничный с->.ой £ , где скорость изменяется от нуля на стенке до своего максимального значения КДх) ядра потока. В сечении ядра скорость жидкости постоянна. В направлении движения она увеличивается и принимает максимальное значение, равное удвоенному значении скорости при входе в канал К/о • В конце участка гидродинамической стабилизации, протяженностью Хц , толщина динамического пограничного слоя становится равной радиусу трубки ¡^

Измерения И.Никурадзе показали,что формулы ряда авторов дают удовлетворительные результаты только для отдельных отрезков участие гидродинамической стабилизации, а аналитические зависимости не всегда могут быть использованы для инженерных расчетов.

Для решения поставленной задачи нами использован метод интегральных соотношений Кармана и Польгаузена. Получено решение уравнения движения жидкости относительна толщины динамического пограничного слоя при известных граничных и начальных условиях и законе изменения скорости ядра потока в направлении течения:

П 1 + ЭС • (2-х)' (I)

I - Лт ^ г ,5,ч

П \| ■ пгТГК-1- ' I-

* - \111 •

Результаы расчетов представлены на рис.2 и получено удовлетворительное совпадение на всем участке гидродинамической стабилизации. Для инженерной практики определения скорости жидкости в любой точке потока приаедены расчетные формулы.

Теплообмен на внутренней поверхности канала установлен с учетом уравнения онергии, исходя из связи меялу дкнзмическим Ь и тепловым 8г пограничными слоями:

1,3-К*

6- ----------(3)

Из уравнения теплового потока на поверхности трубки в предположении постоянства температуры стенки получена критериальная зависимость:

Ни =0.34?Ч1 +-(4)

Средняя теплоотдача для участка гидродинамической стабилизации протяженностью эс„ :

- 10 -

ibveüPH'-'e скорости ядра потока jrv.K чч 'oi:-i."m¡ участке тпу^ьг круглен* <«ч »«»•«»

4,8 V? I.S

M 1,4 |.г

M >,о

✓ í*' ..... ■—1! o

* / / / ) и o 0 '

j ¿A o

1 V t - Й0КЗК norte поте отит Н.Ндалдзе Puu Л lilM/trtPPü

/í /о --- ЗРИИ

( * ¿ / x no формуле (g)

ai 7* i /

г/

/

0 0,02 D.0U 1(86 0,08

о,il о,1ч ü,iB o,t8 о,га цм о.гц

п ■ n №

Рис,?.

Изменений теплоотдачи нл нячалыго-. участке трубы кругюго сочгчпя

ь И.Шма икс ÍU4

Si X Б.ПВДОЬ flínáf <0.01

o ' М.Лиек ¿ У. Гр^гчль

Д

• Б. Петущ грй ^ t < 0,037

p' te фОрНШ C5)

L- ' 'o u * 't i I

f—

о 0015 001 001Г 0,01 0,025 0.GS г0г5 0,0!) 0Щ5 J. ОС

. ftlT

Рис'.З

Ми = 0.604 < 10,45(^ & Рг*

1

(б)

Результаты расчета по зависимости (5) и их сравнение с работами других авторов показаны на графике (рис.3).

Омывяние воздушму потоком пучка трубок в форме барабана, который вращается в коленообразном корпусе, отличается от омывакия неподвижных пучков труб. При вращении барабана каждая трубка совершает движение по траектории, определяемой радиусом ее расположения относительно оси вращения. Пучок трубок омывается потоком воздуха, и трубки при атом движутся в определенном направлении внутри омывающего потока. Исследованиями установлено, что течение потоке воздуха через вращающуюся трубчатую поверхность нагрева наиболее близко соответствует течению потока через шахматный пучок трубок.

Для оценки теплоотдачи трубок, обтекаемых при различных окружных скоростях, и определения величины среднего коэффициента теплообмена на наружной поверхности трубного барабана использовано известное критериальное уравнение поперечного ожвания иахмат-норасполокенного пучка труб.

Величина среднего коэффициента теплоотгячи от газообразной среды к наружной поверхности трубок определена из условия осреднения диаметра расположения трубок в трубном барабане как:

Для получения средней величины коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности трубок длиной (? были получены уравнения:

(Ан = 0,0415 ^ {V

0,6

(6)

ДЛЯ

(7).

ДЛЯ

Ьхи и ^[(^»-М.

(8)

При этом . Хи = 0.0509-с16.ке (9)

Для определения теплового потока в утилизаторе тепла на участке гидродинамической стабилизации получена зависимость:

Для изучения теплотехнических и гидродинамических характеристик разработанных конструкций утилизаторов тепла и сравнения полученных экспериментальных данных с результатами аналитических расчетов проведены экспериментальные исследования в лабораторных и ■ производственных условиях. В лаборатории кафедры теплогазоснабжа-ния и вентиляции Таджикского технического университета был создан вкспериментальный стенд (рис.4).

Вентилятором воздух забирался из помещения лаборатории, проходил через коллектор, который служил для измерения расхода воздуха, последний определялся методом равновеликих колец. Воздух, нагретый а злектрокалорифере, центробе.ным вентилятором подавался в исследуемые конструкции теплообменников. Отвод воздуха осуществлялся чорез выходные патрубки теплообменников. Вода в теплообмен-ные аппараты подавалась из системы водопровода, ее количество регу лировалосъ запорными муфтовыми вентилями и определялось при помощи ротаметра.

Измерение температуры теплоносителей осуществлялось при помощи температурных датчиков-терморезисторов МТ-54, вмонтированных во входные и выходные патрубки.

Экспериментальный стенд

Для определения сравнительных характеристик эксперименты проводились в статическом и динамическом режимах ряботы поверхностей нагрева. Теплотехнические испытания установили величину коэффициента теплопередачи К между нагретым воздухом, холодной водой, для поверхности и для отдельных рядов трубок, расположенных на различных радиусах от оси вращения утилизатора. Температура воздуха на входе ь аппарат изменялась в пределах от 30°С до 60°С на вымяв от 24,5°С до 51°С. Температура вода изменялась нп входе от 14,5°С до 18ПС, на выходе - от 15,6ЬС до 23°С. Диапазон изменения расходов воздуха составлял 600-7900 кг/ч при расхода води 400-3420 кг/ч. Соответственно указанным режимам скорости теплоносителей изменялись в диапазонах:

-скорость воздуха между трубками поверхностей нагрева з уя.гих сечениях составляла 5,6-12,95 м/с;

-веда по '/рубкам пучка поверхности перемещалась со скорость»; 0,0166 + 0,559 и'с.

Режим движения воздуха менялся в диапазоне чисел Рейнольдса (8,4 - 20,9) • 10**. Режим движения вода внутри трубо;г тпплообисн-ных поверхностей определялся числом йе = 236-6000.

Исследовались утилизаторы из гладких и сребренных труб с внутренним диаметром 16,3 мм (¿¿15) длиной хода воды в трубки 2=0,35; 0,95; 4,75; 5,25 метра. На величину коэффициента теплопередачи оказывали влияние расходы воздуха и воды. Так, для внешнего ряда пучка гладких труб ( =0,325 м) в статике при увеличении расхода воздуха в 1,2 раза, коэффициент теплопередачи увеличивался в 1,04 раза. Вращение приводило к росту коэффициента теплопередачи. Коэффициент теплопередачи утилизатора из гладких труб в режиме вращения с числом оборотов п «» 2ДО иин."^ при (г «= 700 кг/ч ."оставлял 56 Вт/м*~°С, в статическом режиме 26 Вт/м^°С. Для утилизатора из оребренных труб при том же расходе при вращении с П =200 мин. , Ц = 24 Вт/м^°С. При увеличении числа оборотов ко-эффиииен теплопередачи возрастал. Так, при постоянном расходе воды 700 кг/ч и увеличении числа оборотов с 240 до 440 мин.""'' значения К возрастали для оребренных труб с 25 до 34, для гладких -с 57 до 65. Размеры барабана теплообменной поверхности также существенно влияли на коэффициент теплопередачи, увеличивая его на 50£ при увеличении диаметра в 2 раза. Все опытные данные с достаточной точность*) совпали с результатами вычислений по уравнениям (5,6,7). Максимальное отклонение в виде единичных случаев составляло 8что соответствовало точности эксперимента.

3 задачи прок1БоастЕ^мных испытаний входила оц»нкч рнб^по-

способности конструкций утилизаторов тепла в действующих технологических процессах различных производств при утилизации тепла вентиляционных и газовых ьибросов, имеющих более высокие температурные напора, сравнение с аналитическими и лабораторными исследованиями, а также оценка работы аппаратов на выбросах, содержащих взвешенные частицы.

Разработанные конструкции были внедрены на ряде предприятий республики Таджикистан и в течение длительного времени исследования проводились на Худжандском хлебозаводе и предприятиях производственного объединения "Таджихтеплокоммунэнерго". На Худжандском хлебозавода внедрена система использования тепла вытяжного вентиляционного воздуха от печей для нагрева воды при приготовлении пшеничного и ржаного теста. Утилизе^ор тепла с поверхностью нагрива из оребренных биметалических труб был смонтирован на обводной линии. С учетом круглосуточной работы печей и их производительности, а также неравномерного часового потребления горячей воды в течение суток и каждой смены, было установлено два бака-аккумулятора емкостью по 10 м^. Бани заполнялись водой из водопровода, затем один из них отключался от трубопровода, и циркуляция воды осуществлялась через утилизатор и нестключенный бак с помощью насоса. В течение смены в зависимости от расхода, вода в баке, имеющая начальную температуру +16°С, разогревалась до 40-45°С, посла чего осуществлялось переключение емкостей. Из разогретого бака вода поступала для нужд технологии, а во втором баке осуществлялся разогрев холодной водопроводной воды.

На объектах ПО "Таджиктеплокоммунэнерго" (теплогенерирувщие установки работают на жидком и газообразном топливе) исследовались утилизаторы из гладких и оребренных труб с параллельным, последовательным и параллельно-последовательным током воды. Подогретая газовыми выбросами генераторов тепла вода использовалась для подпитки систем отопления и систем Горячего водоснабжения.

При исследовании работы аппарата на вентиляционных выбросах расход воздуха изменялся от 3200 до 4500 м®/час при температуре от 55 до 65°С, расходы воды находились в пределах от 1050 до 3700 кг/час.

При исследовании аппаратов на газовых выбросах теплогенери-рующих установок расходы газов составляли от 347 до 5700 и /час, расходы вода - от 560 до 3700 кг/час, температура газов - от 60°С до 420°С, а температура воды - от 1,5°С до 40°С. Принципиально методика измерений основных параметров не отличалась от принятой в лабораторных условиях.

Полученные пенные производственных испытаний были обработаны с помощью уравнений математической статистики и вероятностного распределения параметров. Точность измерений с учетом погрешности использованных приборов составляла 8%. Сравнение результатов экспериментов и аналитических расчетов по уравнениям (5,6,7) для различных объектов составили:

-по хлебозаводу - (0,6-17,5)?, по котельной Севастопольская -(2,0-16)%, по котельной РХИГД - (0,9-17,9)*, по котельной О.Хая-ма - (0,Э-17)£, по котельной ГКБ-2 - (1,Э-10,2)£.

Максимальные расаолдения опыт:¡ик и расчетных данных можно обт— пенить несоответствием длины трубок протяженности участка гидродинамической и тепловой стабилизации.

Эффективность утилизаторов достигала 0,38 , а коэффициенты теплопередачи изменялись от 14,8 до В1 Вт/м °С

В процессе исследований периодически проверялось состояние внешних и внутренних частей теплообменных поверхностей утилизаторов. За время эксплуатации в 1991-1994 г.г. на Хуяжандском хлебозаводе при рчботе аппарата на вентиляционных выбросах, в 1986-1988 г.г. а котельной ГКБ-2 и в 1988-1989 г.г. в котельной Севастопольская при работе на газовых выбросах, образующихся от сжигания природного газа, внешние и внутренние части теплообменных поверхностей не были подвержены Накипеобразпввник1, отложениям и коррозии, При эксплуатации аппаратов в 1989-1990 г.г. в котельных О.Хаяма и РПИГД на продуктах сгорания жидкого топлива (мазут) на гладких и пребренных поверхностях тепюобмекников откладывался слой саки от 3 д.0,-5 мм, при эт"у чя статических частях аппаратов слой сажи составлял 10-15 мм.

Сравнение результатов, полученных при испытаниях утилизаторов тепла, имеющих раэличше числа оборотов поверхностей нагрева, показали возрастание коэффициентов теплоотдачи ме».ду газообразными средами и водой с увеличением числа оборотов.

Результаты прозеденных исследований положены в основу разработки инженерной методики расчета утилизаторов тепла, необходимой для проектирования и эксплуатации разработанных конструкций и проектирования систем утилизации.

Проведено сравнение технико-экономической эффективности теплоутилизационной установки с вращающимпя теплоутилизвтором и установки с традиционно-используемым теплообменником. В качестве традиционной принята теплоутилизационная система на базе калорифера КВБ-1 с дополнительном вентилятором марки Ц 4-70 Р5. Экономический эффект от внедрения системы утилизации тепла с вращающейся по-

верхностыо нагрева достигает 40794 руб. и превышает расчитанный экономический эффект при утилизации тепла с помощью традиционного утилизатора на 8090 руб. При этом срок окупаемости капитальных вложений в систему утилизации с новым утилизатором не превышает .4 лет, причем в сргэнении с традиционной он на 0,4 года меньше.

Полученные результаты нельзя считать окончательными, т.к. в расчетах затраты на тепловую энергию приняты в целом по региону, и если учесть замыкающие затраты на топливо в различных районах республики, экономическая эффективность применения утилизаторов с вращающейся теплообменной поверхностью станет более высокой.

ОСНОВШЗ ВЫВОДЫ

1.Анализ энергетических факторов на предприятиях Таджикистана показал целесообразность использования воэдушю-водяных утилизаторов тепла с вращающейся теплообменной поверхностью для экономии тепловой анергии.

2.Разработаны новые многофункциональные воздушно-водяные утилизаторы тепла с вращающейся поверхностью нагрева с высокими теплотехническими характеристиками, позволяющие транспортировать воздух и воду без дополнительной установки нагнетателей.

3.Многофункциональные воздушно-водяные утилизаторы тепла разработаны в пяти модификациях с горизонтальным и вертикальным трубчатым барабаном и разными способами подвода и отвода теплоносителей, что позволяет их использовать в различных схемах утилизации.

4.Конструкции разработанных теплоутилизаторов внедрены на действующих предприятиях республики Таджикистан (Худжандском хлебозаводе и предприятиях ПО "Таджиктеплокоммунэнерго"5, где эксплуатируются в течение продолжительного времени.

5.Лабораторные исследования конструкций утилизаторов тепла и длительная эксплуатация на действующих объектах подтвердили их работоспособность и технологическую совместимость с действующим оборудованием предприятий.

6.Решена задача расчета гидравлического и теплового режимов при течении жидкости в канале трубчатой поверхности вращающихся утилизаторов на основе приближенного решения дифференциального уравнения движения жидкости и использования взаимосвязи толщин теплового и гидродинамического пограничных слоев.

7.Расчетные зависимости по определении теплоотдачи и температуры б элементах утилизатора тепла подтверждена результатами*

лабораторных и производственны* исе."*д< ваняй.

В.Длительная эксплуатация многофункциональных вочдушно-водя-ных утилизаторов на гчПсгвуптг объектах с выбросами, содержащими вэвеиеннне вещества, показала, что отложччия взвесей на поверхности теплообмена с увеличением числа оборотов уменьшается.

9.Разработана инженерная методика расчета воздуано-водяннх утилизаторов с вразсягчиейся поверхностью нагрева, поэволяпцая определять все необходимо рабочие параметры для проектирования систем топлоутилизации.

10.Многофункциональные утилипторч тепла при гыеоких замыкающих затратах нз топливо экономически целесообразны для предприятий Таджикистана. Экономический эффект внедрения аппаратов в системах утилизации тепла оставляет 40794 руб/год.

Основные положения диссертации опубликованы я слодущих работах:

1. Сулейманов A.A.,Стерлигов В.А. Утилизация тепла.//Республиканская научно-практччесчя.я конференция молодых угонах и специалистов. Тезиец доялпяоп. Дус.чнбе: Допита, 1965. - С.118-119,

2.Стерлигов В.А. Ннтрнсификзция теплообмена со стороны газообразных rpcmx орел в трубчаткх теплпобменных устройствах.// Республиканская научно-практическая конференция «олодчх ученых

и специалистов. Тезисы докладов. Дуканбе: Дониш, 1985.-С.120-121.

3. Сулейманов A.A. .Стерлигов З.А. Рекуперативный утилизатор тепла с вращающейся поверхностью нагрева. Кнфпрмагиочный листок »86-14. ТаджикНИЯНТИ, Т986.

4. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А. Регенератизный теплообменник. АС СССР »126^112 wiF23 I, 15/02, F 28 <D II/C4.30.10.So. Бм.?М0.

5. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А. Снижение вредных выбросов теплогенерирулщих установок уялой мощности с утилизацией тепла, //Пути решения проблемы охраны окружающей ораны при проектировании объектов. Тезисы докладов. Душанбе: Ирфон, 1967; - С,43-44.

6. Стерлигов В.А. Экономическая эффективность утилизации выбросов теплогенераторов мплоЯ мощности. //Республиканская научно-практическая 'конференция моло!Ш>ученнх и специалистов. Тезисы докладов. Душанбе: Дониш, 1987. - С.70.

7. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А. Утилизатор тепла с вращающейся поверхностьп нагрева. Информационный листок Р88-34. ТаджикНИЖТИ, 1988.

8. Сулейманов A.A., Стерлигов В.-А. Рекуперативный тгплооб-'менник. АС СССР, M45I522, кл F 28 <D II/04. 15.01.89. Бил.Р2.

- 18 -

9. Сулейманов АД., Стерлигов В.А. Рекуперативный теплообменник. АС СССР 9 1557445, кл. F 28 <D И/04. 15.04.90. Бюл. »14.

10. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А. Теплообменник. АС СССР » I6669II, кл. R 28ß И/04. 30.07.91. Бюл. »28.

11. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А., Султанов М.М., Скурник Теплообменник. tZ СССР » I746II2, кл. F 22 В 27/12. С7.07.92. Бел. 9 25.

12. Сулейманов A.A., Стерлигов В.А. Теплообменники для утилизации тепла газовых выбросов. //Экология и ресурсосбережение. Тезисы докладов. Самарканд: 1993. - С.35-37.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОВНАЧЕНИЯ

Ъ - диаметр трубного барабана, м; d- - диаметр трубок, м; & - массовый расход, кг/ч; L - межтрубное расстояние, (узкое сечение), м; £ - длина трубки, м;№и- число НуссеЛьта; N - количест во трубок! шт.; п - число оборотов поверхности нагрева, мин.-*; Рг - число Прандтля; Ре - число Пекле; Q - тепловой поток, Вт; R - коэффициент теплопередачи, Вт/м^°С; R - радиус канала, м; t - координата,расстояние от стенки (центра) до рассматриваемой точки, к; Re - число Рейнольдса; £ - температура, 0С;ЦГ -скорость жидкости, м/с; X - координата текущей длины, длина,, и; х - относительная длина;cL - коэффициент теплообмена, Вт/м^°С; & - толщина пограничного слоя, м; X - теплопроводность, Вт/м 1 ^ - кинематическая вязкость, м^/с. . - :

ИНДЕКСЫ

ь - внутренний; и - начальный; м - вход;вы* - выход; ва воздух; г - газы; ср - средний; w - вода; L - итый; та» - максимальный; min - минимальный.

н