Введение к работе
Актуальность темы
На современном этапе развития промышленности экономия энергетиче-:ких ресурсов является наиболее действенным и эффективным направлением >ешения обострившихся проблем энергоснабжения народного хозяйства и ох->аны окружающей среды. Одним из источников получения существенной эко-гомии является повышение организационно-технического уровня использова-шя в качестве теплоносителя водяного пара и его конденсата. Водяной пар по-іучил широкое применение как греющий теплоноситель в промышленных тех-юлогиях благодаря таким его достоинствам, как высокий коэффициент тепло-)бмена, большая велігчина выделяющейся теплоты и постоянство температуры іри конденсации.
При больших масштабах использования в промышленности водяного пара і необходимости совершенствования пароконденсатного хозяйства предпри-ітий весьма актуальной следует считать задачу разработки новых, надежно и іффективно работающих конденсатоотводчиков. Конденсатоотводчики уста-«вливаются за паропотребляющими теплообмецными аппаратами и обеспечи-шют удаление из последних конденсата, одновременно препятствуя выходу іесконденсировавшегося пролетного пара.
К настоящему времени разработано и используется несколько типов кон-іенсатоотводчиков, различающихся по принципу действия и по конструкции. Существующие конденсатоотводчики имеют целый ряд недостатков, затруд-іяющих их эксплуатацию. По этой причине на многих предприятиях установ-іенньїе по проекту конденсатоотводчики часто демонтируются и из теплооб-ленных аппаратов вместе с конденсатом выходит в больших количествах про-іетньїй пар. В большинстве случаев на предприятиях применяют открытые сис-емы сбора конденсата, в которых пролетный пар выпускается в атмосферу и :го потери, согласно различным литературным источникам, оцениваются в ;реднем по стране величиной 25% количества потребляемого пара.
Хотя история использования конденсатоотводчиков насчитывает около 100 іет, до настоящего времени не создано достаточно полных теоретических основ їх работы. Связано это со сложностью протекающих в них процессов и прежде ісєго гидродинамических и термодинамических. Наличие фазовых переходов в іеравновесньїх условиях затрудняет расчет течения конденсата и определение инструктивных параметров конденсатоотводчиков. В отсутствии научно обос-юванных методик расчета конденсатоотводчики часто проектируются на осно-se интуитивных представлений и ограниченных эмпирических данных, что не
может не приводить и приводні к многочисленным промахам в практике конструирования и эксплуатации.
Поэтому, наряду с разработкой новых эффективных конструкций конденсатоотводчиков, важной в теоретическом и практическом отношениях является задача создания научно обоснованных методик их расчета.
Цель работы заключается в разработке математических моделей и методик расчета новых конденсатоотводчиков с закрытым поплавком, предложенных на кафедре Машины и аппараты химических производств Технологического института СГТУ, а также в исследовании новых конденсатоотводчиков в промышленных условиях.
Для достижения поставленной цели в задачу исследований входили:
анализ характеристик существующих конструкций конденсатоотводчиков применительно к условиям их работы за теплообменными аппаратами с переменной тепловой нагрузкой;
определение наилучшей формы поплавка;
проведение экспериментов с целью изучения гидравлического сопротивления элементов конденсатоотводчиков;
разработка математических моделей конденсатоотводчиков;
разработка методик расчета конденсатоотводчиков;
определение расходных характеристик и других параметров для конструктивных вариантов конденсатоотводчиков;
проведение опытной проверки работы предложенных конденсатоотводчиков в промышленных условиях;
определение условий совместной работы теплообменного оборудования v конденсатоотводчиков в системе, соответствующих наиболее эффективном} использованию теплоты греющего пара.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые созданы математические модели и на их основе разработаны мето дики и алгоритмы расчета на ЭВМ новых поплавковых конденсатоотводчиков;
определены рабочие условия, при которых наилучшим по весогабаритныл показателям является вариант применения поплавка цилиндрической либс сферической формы;
получены новые экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению элементов клапанных узлов конденсатоотводчиков;
выполнен анализ влияния конструктивных и режимных факторов на расход ные характеристики новых конденсатоотводчиков для случаев пропуска ох лажденного и насыщенного конденсата;
получены и обобщены результаты промышленных испытаний конденсатоот
водчнков, изготовленных в натуральную величину и установленных за дейст
вующим оборудованием.
Практическая ценность работы. Разработана конструкция нового конденсатоотводчика (патент РФ№2Ш911), отличающегося простотой изготовления и эксплуатации, высокой эффективностью в широких интервалах изменения давления и расхода пропускаемого конденсата. Разработанные математические модели составляют теоретические основы работы конденсатоотводчи-ков. Созданные на основе математических моделей расчетные методики и алгоритмы дают возможность проводить конструктивные и поверочные расчеты новых кондеисатоотводчиков с закрытым поплавком и определять наилучшие инженерные решения по отводу конденсата от паропотреблягощих аппаратов. Исследованные конденсатоотводчики внедрены на Энгельсской ТЭЦ-3 Саратовском молочном комбинате, Энгельсском горпищекомбинате, где практически полностью исключили выход пролетного пара из пароиспользующего оборудования, за которым они установлены. Стоимость новых конденсатоотводчнков почти на порядок ниже предлагаемых на рынке.
На защиту выносятся:
результаты анализа характеристик известных типов кондеисатоотводчиков и их работы с паропотребляющим оборудованием при переменных тепловых нагрузках; :; , . >.'
новая конструкция поплавкового конденсатоотводчика с частично разгруженным от действия давления выпускным клапаном (патент РФ №2133911);.
результаты определения наилучшей формы поплавка;
опытные данные и корреляционные связи по гидравлическому сопротивлению элементов затворных узлов новых кондеисатоотводчиков;
математические модели новых поплавковых кондеисатоотводчиков и методики их конструктивного и поверочного расчетов при пропуске охлажденного по отношению к температуре насыщения и насыщенного потоков конденсата;
результаты расчетного анализа характеристик и взаимосвязей параметров кондеисатоотводчиков и рекомендации по их конструктивному оформлению;
результаты промышленных испытаний кондеисатоотводчиков;
рекомендации по практическому применению новых конденсатоотводчнков, направленные, в частности, на решение вопросов энергосбережения и обеспечения эффективной работы системы "автоматический регулятор подачи пара - теплообменник - конденсатоотводчик".
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием фундаментальных закономерностей механики, технической термодинамики и теплопередачи. Разработанные математические модели
и методики расчета прошли проверку иа адекватность путем прямых измерений на изготовленных в натуральную величину образцах конденсатоотводчиков, установленных за действующим пароиспользующим промышленным оборудованием.
Апробация работы
Основные положения диссертации были доложены на:
Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование использования энергоносителей и низкосортных топлив в промышленности» (Саратов, 3-4 июня 1997г.);
Межвузовской научной конференции «Проблемы повышения эффективности и оптимизация перспективных типов теплоэнергетических установок» (Саратов, 8-10 сентября 1997 г.);
заседании технического совета ОП «Энгельсская ТЭЦ-3» ОАО Саратовэнерго (Энгельс, 15 апреля 1999г.);
научных семинарах кафедры «Машины и аппараты химических производств» ТИ СГТУ (Энгельс, 1996-1999гг.);
научном семинаре кафедры «Промышленная теплотехника» СГТУ (Саратов, 22 октября 1999г.);
заседании научно-технического совета ОАО «Объединение ВНИПИэнерго-пром» (Москва, 11 января 2000г.).
Публикации
Материалы диссертации отражены в двух печатных работах.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии из 83 наименований, из них 16 зарубежных работ, изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 8 таблиц, 7 приложений. Общий объем работы составляет 168 страниц.
