DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.05.01

Методика теплового розрахунку теплоутилізатора з щільним шаром гранульованого матеріалу

Irina Boshkova, Natalya Volgusheva, Antonina Solodka, Leonid Boshkov

Анотація


Розглядається можливість використання низькопотенційних теплових вторинних енергоресурсів у вигляді газів, що відходять від промислових підприємств незначною енергетичної потужності, зокрема, харчових. Аналізуються теплоутилізатори з нерухомим щільним шаром гранульованих матеріалів, що забезпечують безпосередній теплообмін газу (повітря) з частками. Вказується на недостатню кількість ефективних розробок теплоутилізаторів низькопотенційної теплоти і відомостей по раціональним тепловим режимам їх роботи. Відзначається ефективність застосування гранульованих матеріалів у теплоенергетиці з позиції інтенсифікації процесів перенесення теплоти і маси. Описана методика теплового розрахунку контактного теплоутилізатора для визначення його геометричних характеристик і основних параметрів процесу. Запропонована методика враховує зміну коефіцієнта міжкомпонентного теплообміну в часі. Наведено результати розрахунків основних характеристик теплоутилізатора промислового призначення з нерухомою насадкою. В теплоутилізаторі з нерухомою насадкою не виникає необхідності в організації руху шару гранульованого матеріалу, що істотно спрощує експлуатацію і конструкцію теплообмінника. Представлені результати розрахунку теплоутилізатора з нерухомим шаром, призначеного для обігріву приміщення, розташованого безпосередньо поруч з вентиляційними каналами підприємства. У пропонованому теплоутилізаторі в періоді нагріву передача теплоти здійснюється при безпосередньому контакті газового потоку з частинками матеріалу, а в періоді охолодження теплота передається від зовнішньої поверхні теплоутилізатора в навколишнє середовище. Для отримання згладженої характеристики нагріву приміщення доцільно дублювати наповнені гранульованим матеріалом робочі канали теплоутилізатора і включати їх по черзі. Розрахований теплоутилізатор відрізняється порівняно високим значенням коефіцієнта корисної дії і можливістю роботи без прямого контакту частинок насадки з повітрям, що обігрівається. Розраховані на низькопотенційну теплоту конструкції теплоутилізаторів пропонуються для використання на підприємствах харчових виробництв.

Ключові слова


утилізація; низькопотенційна теплота; ефективність; коефіцієнт міжкомпонентного теплообміну; нерухомий шар; керамзит

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Efimov, A. V., Goncharenko, A. L., Goncharenko, L. V. Sistema glubokoy utilizatsii teplotyi gazov, uhodyaschih iz kotelnyih agregatov [A system for the deep utilization of the heat of gases leaving boiler units]. Visny`k NTU «KhPI». Energety`chni ta teplotexnichni procesy` ta ustatkuvannya [Bulletin of the NTU "KhPI". Energy and heat engineering processes and equipment], 2013, 13(987), 73-80.

Dolins`ky`j, A. A., Basok B. I., Bazeev Ye. T., Kuchy`n G. P. Osnovni polozhennya koncepciyi nacional`noyi strategiyi teplozabezpechennya naseleny`x punktiv Ukrayiny` [Main provisions of the concept of the national heat supplying policy of settlements of Ukraine]. Promyishlennaya teplotehnika. [Industrial heat engineering], 2009, 31(4) , 68-77.

Fialko, N. M., Sherenkovsky`j, Yu. V., Stepanova, A. Y., Navrodskaya, R. A., Goluby`nsky`j, P. K., Novakovsky`j, M. A. Effektivnost sistem utilizatsii teplotyi othodyaschih gazov energeticheskih ustanovok razlichnogo tipa [Efficiency of systems for utilization of heat from waste gases of power plants of various types]. Promyishlennaya teplotehnika. [Industrial heat engineering], 2008, 30(3), 68-76.

Zakon Ukrayiny` «Pro energozberezhennya» vid 01.07.1994 r. № 74/94-VR. Vidomosti Verxovnoyi Rady` Ukrayiny1994, № 30. St. 283. [Law of Ukraine "On Energy Saving" of 07.07.1994 № 74/94-ВР. Information from the Verkhovna Rada of Ukraine, 1994, No. 30, Art. 283].

Ammar, Y., Joyce, S., Norman, R., Wang, Y., Roskilly, A. P. Low grade thermal energy sources and uses from the process industry in the UK. Applied Energy, 2012, 89(1), 3-20, doi: 10.1016/j.apenergy.2011.06.003.

Bohuslav, K., Zdeněk, J. Preliminary Design and Analysis of regenerative heat exchanger. Chemical engineering transactions, 2016, 52, 655-660, doi: 10.3303/cet1652110.

Snider, D. M., Dale, M. S. Three fundamental granular flow experiments and CPFD predictions. Power Technology, 2007, 176, 36-46, doi: 10.1016/j.powtec.2007.01.032.

Chandratilleke, T. T., Nadim, N., Batsioudis, K. Thermal performance and optimisation of a granular-bed heat recuperator. Fluid Mechanics and Thermodynamics: Material of12th International Conference on Heat Transfer. (Costa de Sol, Spain). Costa de Sol, 2016, 183–187, doi: 10.1615/ichmt.2008.cht.930.

Alizadeh, M., Sadrameli, S. M. Development of Free Cooling Based Ventilation Technology for Building: Energy Storage Unit, Performance Enhancement Techniques and Design Considerations-A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016, 58, 619–645, doi: 10.1016/j.rser.2015.12.168.

Sadrameli, S. M., Ajdari, H. R. B. Mathematical modeling and simulation of thermal regenerators including solid radial conduction effects. Applied Thermal Engineering, 2015, 76, 441-446, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.11.035.

Ferreira, L. M., Castro, J. A. M., Rodriges, A. E. An analytical and experimental study of heat transfer in fixed bed. Internetional Jurnal of Heat and Mass transfer, 2002, 45, 95-196, doi: 10.1016/S0017-9310(01)00209-5.

Adeyanju, A. A., Manohar, K. Theoretical and Experimental Investigation of Heat Transfer in Packed Beds. Research Journal of Applied Sciences, 2009, 4(5), 166-177, doi: 10.1016/j.enconman.2012.07.025.

Nie, X. D., Besant, R. W., Evitts, R. W. Heat transfer between gas-solid phases within packed particle beds. Particulate science and technology: an international journal. 2010, 29(2), 151-162, doi: 10.1080/02726351.2010.536302.

Dolinskiy, A. A., Fy`alko, N. M., Navrodskaya, R. A., Gnedoj, N. V. Costoyanie i perspektivyi ispolzovaniya vtorichnyih energoresursov v energeticheskom hozyaystve Ukrainyi [State and prospects of using secondary energy resources in the energy sector of Ukraine]. Promyishlennaya teplotehnika. [Industrial heat engineering], 2012, 34(4), 94-103.

Arnov, R. I. Sostav i struktura toplivno-energeticheskih resursov promyishlennogo predpriyatiya. [The composition and structure of the fuel and energy resources of an industrial enterprise]. Moskva: Inform. [Moscow: Inform], 2007, 215.

Pospelova, T. G. Osnovyi energosberezheniya. [Basics of energy saving]. Minsk, 2000, 350.

Gorbis, Z. R., Kalenderyan, V. A. Teploobmenniki s protochnyimi dispersnyimi teplonositelyami [Heat exchangers with dispersed flow coolants]. Moskva: Energiya, 1975, 296 p.

Boshkova, I. L., Solodkaya, A. V., Volgusheva, N. V. Razrabotka teploobmennika s nepodvizhnoy granulirovannoy nasadkoy dlya utilizatsii nizkopotentsialnoy teplotyi [Development of a heat exchanger with a fixed granular nozzle for the utilization of low-grade heat]. Xolody`l`na texnika i texnologiya. [Refrigeration technology and technology]. 2018, 54(1), 11-15.

Solodka, A. V. Intensy`fikaciya teploobminu v teplouty`ly`zatorax z granul`ovanoyu nasadkoyu. [Intensification of heat exchange in heat-recovery tanks with granular nozzle] Avtoref. dy`s. … k.t.n. zi special`nosti 05.14.06 Texnichna teplofizy`ka ta promy`slova teploenergety`ka. [Thesis for the degree of a candidate of technical sciences in specialty 05.14.06 Technical thermophysics and industrial thermal power engineering]. ONAChT, Odessa, 2017, 24.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Ефимов, А. В. Система глубокой утилизации теплоты газов, уходящих из котельных агрегатов / А. В. Ефимов, А. Л. Гончаренко, Л. В. Гончаренко // Вісник НТУ «ХПІ». Енергетичні та теплотехнічні процеси та устаткування. – 2013. – T. 13, № 987. – С. 73-80.
  2. Долінський, А. А. Основні положення концепції національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України / А. А. Долінський, Б. І. Басок, Є. Т. Базеев, Г. П. Кучин // Промышленная теплотехника. 2009. – T. 31, №4. – С. 68-77.
  3. Фиалко, Н. М. Эффективность систем утилизации теплоты отходящих газов энергетических установок различного типа / Н. М. Фиалко, Ю. В. Шеренковский, А. И. Степанова, Р. А. Навродская, П. К. Голубинский, М. А. Новаковский // Промышленная теплотехніка. – 2008. – Т. 30, №3. – С. 68-76.
  4. Закон України «Про енергозбереження» від 01.07.1994 р. № 74/94-ВР. Відомості Верховної Ради України. 1994 р. № 30. Ст. 283.
  5. Ammar, Y. Low grade thermal energy sources and uses from the process industry in the UK / Y. Ammar, S. Joyce, R. Norman, Y. Wang, A. P. Roskilly // Applied Energy. – 2012. – Vol. 89, № 1. – Р. 3-20. –doi: 10.1016/j.apenergy.2011.06.003.
  6. Долинский, А. А. Cостояние и перспективы использования вторичных энергоресурсов в энергетическом хозяйстве Украины / А. А. Долинский, Н. М. Фиалко, Р. А. Навродская, Н. В. Гнедой // Промышленная теплотехника. – 2012. – T. 34, №4. – С. 94-103.
  7. Арнов, Р. И. Состав и структура топливно-энергетических ресурсов промышленного предприятия / Р. И. Арнов. – Москва: Информ, 2007. – 215 с.
  8. Поспелова, Т. Г. Основы энергосбережения / Т. Г. Поспелова. – Минск, 2000. – 350 с.
  9. Bohuslav, K. Preliminary Design and Analysis of regenerative heat exchanger / K. Bohuslav, Zdeněk J. // Chemical engineering transactions. – 2016. – Vol. 52. – P. 655-660. – doi: 10.3303/cet1652110.
  10. Snider, D. M. Three fundamental granular flow experiments and CPFD predictions / D. M.Snider, M. S. Dale // Power Technology. – 2007. – Vol. 176. – P. 36-46. – doi: 10.1016/j.powtec.2007.01.032.
  11. Chandratilleke, T. T. Thermal performance and optimisation of a granular-bed heat recuperator / T. T. Chandratilleke, N. Nadim, K. Batsioudis // Fluid Mechanics and Thermodynamics: Material of 12th International Conference on Heat Transfer. (Costa de Sol, Spain). Costa de Sol. – 2016. – P. 183-187. – doi: 10.1615/ichmt.2008.cht.930.
  12. Alizadeh, M. Development of Free Cooling Based Ventilation Technology for Building: Energy Storage Unit, Performance Enhancement Techniques and Design Considerations-A review / M. Alizadeh, S. M. Sadrameli // Renewable & Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 58. – P. 619-645. – doi: 10.1016/j.rser.2015.12.168.
  13. Горбис, З. Р. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями / З. Р. Горбис, В. А. Календерьян. Москва: Энергия, 1975. – 296 с.
  14. Sadrameli, S. M. Mathematical modeling and simulation of thermal regenerators including solid radial conduction effects / S. M. Sadrameli, H. R. B. Ajdari // Applied Thermal Engineering. – 2015. – Vol. 76. – Р. 441-446. – doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.11.035.
  15. Ferreira, L. M. An analytical and experimental study of heat transfer in fixed bed / L. M. Ferreira, J. A. M. Castro, A. E. Rodriges // Internetional Jоurnal of Heat and Mass transfer. – 2002. – Vol. 45. – P. 95-196. – doi: 10.1016/S0017-9310(01)00209-5.
  16. Adeyanju, A. A. Theoretical and Experimental Investigation of Heat Transfer in Packed Beds / A. A. Adeyanju, K. Manohar // Research Journal of Applied Sciences. – 2009. – Vol. 4., №5. – P. 166-177. – doi: 10.1016/j.enconman.2012.07.025.
  17. Nie, X. D. Heat transfer between gas-solid phases within packed particle beds / X. D. Nie, R. W. Besant, R. W. Evitts // Particulate science and technology: an international journal. – 2010. – Vol. 29, №2. – Р. 151-162. – doi: 10.1080/02726351.2010.536302.
  18. Бошкова, И. Л. Разработка теплообменника с неподвижной гранулированной насадкой для утилизации низкопотенциальной теплоты / И. Л. Бошкова, А. В. Солодкая, Н. В. Волгушева // Холодильна техніка і технологія. – 2018. – Т. 54 (1). – С. 11-15.
  19. Солодка, А. В. Інтенсифікація теплообміну в теплоутилизаторах з гранульованою насадкою. Автореф. дис. …к.т.н. зі спеціальності 05.14.06 Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – ОНАХТ, Одеса. – 2017. – 24 с.