Учебное пособие 800476

Главным преимуществом газовых горелок является то, что они не образуют никакого шлака при горении в таких горелках, что может сэкономить пространство за счёт топливных камер. В частности, когда используются газовые горелки в атмосфере благодаря тяге дымовых газов, воздуха, подаваемого к горению, поглощается и смешивается в камере сгорания. Топливно-воздушная смесь, сжигается в камере сгорания, выделяет тепло через теплопроводные поверхности, а дымовой газ выпускается через выпускное отверстие дымовых газов. Контроль потока имеет задачу предотвращения возможности влияния на процесс горения в горелке путём введения дымовых газов или обратной тяги [1].

Увеличение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере вызывает образование смога, кислотных дождей и повышение аллергии у населения. Чтобы объединить производство энергии с минимальным ущербом для окружающей среды, необходимо сначала учесть проблему сокращения выбросов в атмосферу. Наиболее эффективным способом уменьшения количества загрязняющих веществ в отработанных газах является оптимальное регулирование существующего оборудования и прекращения использования котлов, выхлопные газы которых являются токсичными. Анализ выхлопных газов определяет концентрации загрязняющих веществ и максимально эффективно способствует регулировке системы отопления. [3].

О качестве горения можно судить по концентрации угарного газа CO в дымовых газах [2]. Во время отопительного периода, на одном из описанном ранее подогревателей с атмосферной газовой горелкой были произведены замеры параметров дымовых газов на различных режимах работы горелки и при различных положениях

NOx – концентрация оксидов азота в дымовых газах, ppm; NО2( 1) – концентрация диоксида азота, пересчитанная при 1 , мг/м3; О2 – концентрация кислорода в дымовых газах, %;

40

tпс – температура продуктов сгорания, °C; Рраз – давление

разряжения в дымовой трубе, Па.

В ходе проведения и анализа замеров были определены оптимальные положения шибера первичного воздуха L1 от давления

топливного газа на входе в горелку Рвх .

Оптимальные положения шибера первичного воздуха L1 от давления топливного газа на входе в горелку Рвх

Рис. 2. График зависимости L1 от значения Рвх

41

При полученных оптимальных значениях положения шибера первичного воздуха отсутствуют пульсации пламени, само пламя имеет ярко выраженный синий цвет и концентрация оксидов углерода ( СО , СО( 1) ) и оксидов азота ( NОх , NО2( 1) ) минимальна.

Литература

1.Хзмалян, Д.М. Теория горения и топочные устройства / Д.М. Хзмалян, А.Я. Каган. – М.: Энергия, 1989. – 475 с.

2.Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович – М.: Наука, 1991. – 600 с.

3.https://www.testo.ru [Электронный ресурс].

УДК 662.997

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР – СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

В.И. Лукьяненко1, Г.Н. Мартыненко2, А.В. Исанова3, А.Л. Черных4

1Канд. техн. наук, доцент, lukyanenko1@yandex.ru

2Канд. техн. наук, доцент, glen2009@mail.ru 3Канд. техн. наук, доцент, a.isanova@bk.ru

4Магистрант гр. мПТ-111, leha_visok@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: в статье рассмотрено историческое развитие в России и связи с заграничными моделями солнечных коллекторов и их потребности в мире и в нашей стране. Определены проблемы развития данной отрасли и меры их преодоления. Особое внимание уделено использованию современных материалов и технологий для изготовления конструкции солнечного коллектора, что удешевит его изготовление, повысит эффективность работы и увеличит его срок эксплуатации

Ключевые слова: солнечная энергия, коллектор, селективное покрытие, сотовый поликарбонат

Системы и установки солнечного теплоснабжения, главным образом горячего водоснабжения, находили определённое применение ещё в СССР. С 1984 года освоено серийное производство плоских солнечных коллекторов на Братском заводе

42

отопительного оборудования (БЗОО). Помимо этого, солнечные коллекторы производили ППО «Спецгелиотепломонтаж» Грузглавмонтажспецстроя и в небольших количествах - некоторые другие предприятия и организации. Всего к началу 1988 года в стране было изготовлено около 80 тыс. м2 солнечных коллекторов.

Ещё в те годы было направление на увеличение производства солнечных коллекторов и соответственно на возрастание объёма использования солнечной энергии для целей теплоснабжения.

Современные активы представляют собой набор нематериальных активов, формирующих основу бизнесобразующей технологии (БОТ) по производству солнечных коллекторов, которой может явиться основой для создания в России экономически эффективного производства на базе наноструктурированных солнечных селективных поглощающих и просветляющих покрытий для реализации продукции в России и за её пределами.

Врезультате реализации БОТ возможно создание конкурентоспособного предприятия, производящего актуальную продукцию, способствующую повышению энергоэффективности российской экономики.

С 2001 г. работы по солнечным коллекторам проводились в рамках договорных отношений ОАО «ВПК «НПО Машиностроение» с предприятием ЗАО «Альтэн». В результате работы проведена модернизация солнечного коллектора, выпускаемого ранее для ЗАО «Солтэн», разработана и выпущена конструкторская документация (черт.АКМУ-00-000СБ) на новый коллектор Альтэн-1А, подана заявка и получен патент РФ№2224188 на изобретение под названием «Солнечный коллектор». На предприятии НПО Машиностроения были изготовлены опытные партии солнечных коллекторов Альтэн-1А, которые представлялись на многих российских и международных выставках, где неизменно получали награды и дипломы.

Всентябре 2005 г. солнечный коллектор Альтэн-1А успешно прошёл испытания на энергоэффективность в Фраунгоферовском институте солнечных энергосистем (г. Фрайбург, Германия) и получил европейский сертификат DIN-gepruft № 65053. Тепловые испытания солнечного коллектора Альтэн-1А в Германии показали, что его удельная тепловая производительность находится на уровне лучших мировых образцов и составляет около 525 кВт·ч/м2 в год.

43

Партия солнечных коллекторов Альтэн-1А в объёме 500 шт. была изготовлена в НПО Машиностроения и продана в Иорданию.

Одновременно с проведением работ с ЗАО «Альтэн», в 2006 г. в Испании было создано предприятие «TecnesolS.A.». В 2007г. была разработана конструкторская документация на усовершенствованный солнечный коллектор Tecnesol-1 и изготовлена опытная партия коллекторов в количестве 10 штук, отправленная в Испанию. Однако вследствие кризиса в 2008 году финансирование разработок было прекращено.

Актуальность проекта подтверждается заинтересованностью от потенциальных потребителей на определённые объёмы поставок продукции. Среди наиболее крупных клиентов можно выделить ОАО «Мосэнерго», ОАО «Теплопроектстрой», ООО «НПП «Донские технологии», Севастопольская городская администрация,

ПКП «AGRIMEC» S.R.L., ВТКП «MOLDCOOPIMPEX», ГП

«Востокредмет». Отдельно стоить выделить зарубежных партнеров. Так, компания VELASCO KUPER&ASOCIADOS, S.L.

была заинтересована в приобретении продукции на уровне 50000 коллекторов в год, что составляет более 80 % годового объема продаж, что говорит об актуальности проекта в целом и конкурентоспособности рассматриваемой продукции. Спрос на современные солнечные системы в последнее время растёт, однако продажи носят скорее единичный характер. Основной сложностью реализации целевых объёмов продукции в пределах России является скудная информированность потенциальных потребителей и консервативный взгляд на развитие энергетики страны в целом.

Использование солнечных селективных поглощающих покрытий в конструкции солнечных коллекторов является одним из примеров применения нанотехнологий в промышленности. Именно использование таких покрытий, позволяет достигать заданных эксплуатационных характеристик коллектора. В дальнейшем, внимание будет акцентировано на эту составляющую БОТ.

На мировом рынке используется покрытие TiNOX, состоящее из слоя титана, слоя карбида или нитрида титана и слоя двуокиси кремния, наносимых на медную фольгу толщиной 0,2 мм в установках с вакуумным электроннолучевым распылением титана на движущуюся непрерывно медную фольгу. Преимущество предлагаемой технологии заключается в том, что с её помощью

44

можно непосредственно наносить покрытие на листотрубные элементы конструкции солнечных коллекторов, в то время как для технологии TiNOX лист фольги необходимо разрезать на отдельные плоскостные элементы, к которым затем необходимо припаивать или приваривать трубки для получения листотрубной конструкции. При этом на лицевой части теплоприёмной панели остаются следы от сварки, имеющие сниженные коэффициенты поглощения в солнечном спектре. Установки для нанесения покрытия по предлагаемому способу обладают более низкой удельной стоимостью на единицу производимой продукции. Технология обеспечивает при минимальных капитальных затратах создать производство селективного поглощающего покрытия на уровне мировых образцов.

Успешное внедрение данной технологии обеспечит:

-·низкую себестоимость установок для производства селективного поглощающего покрытия;

-·низкую себестоимость производства селективного поглощающего покрытия;

-·высокие оптические свойства предлагаемого селективного поглощающего покрытия;

-·высокие эксплуатационные свойства предлагаемого поглощающего покрытия.

Стоит отметить использование в проекте золь-гель технологии, позволяющие улучшить качество выпускаемой продукции.

Золь-гель технология - нанесение просветляющего покрытия на двустенный сотовый поликарбонат, используемый в качестве прозрачной теплоизоляции в предлагаемом солнечном коллекторе. Применение просветляющего покрытия такого типа позволяет увеличить пропускание прозрачного сотового поликарбоната на 7 – 8 %, что позволяет довести его пропускании до уровня минерального стекла. Применение просветлённого поликарбоната взамен минерального стекла толщиной 4 мм позволяет на 18 кг снизить вес солнечного коллектора площадью 2,0 м2, что значительно облегчает процесс его установки, особенно на крышах зданий и сооружений. Увеличение пропускания солнечной энергии сотовым поликарбонатом на 7...8 % позволяет достичь значения удельной тепловой производительности солнечного коллектора около 570 кВт·ч/м2 в год. Технология разработана специалистами НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова», схожей технологией обладает

45

МНТК ЛОМО. С момента создания, технология НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова» не использовалась в коммерческих целях. Данное обстоятельство объясняется тем, что спрос на процесс просветления сотового поликарбоната отсутствует, в связи с тем, что в настоящий момент солнечные панели с использованием сотового поликарбоната не производятся. Потенциальный спрос на рассматриваемую технологию последует только после организации производства солнечных коллекторов с использованием сотового поликарбоната в качестве прозрачной теплоизоляции.

Литература

1.Батенин, В.М. Создание новых видов автономных энергоустановок на основе методов прямого преобразования энергии / В.М. Батенин, Н.Н. Баранов // Известия РАН. Энергетика.

–1997. №2. – С. 3-28.

2.Волков, Э.П. Перспективы применения солнечных фотоэлектрических станций с теплоутилизирующим паросиловым циклом / Волков Э.П., Поливода А.И., Поливода Ф.А. // Известия РАН. Энергетика. – 1997. №3. – С. 61-91.

3.Кошелев А.А., Шведов А.П. Потенциальные возможности вовлечения возобновляемых природных ресурсов в топливноэнергетический баланс Иркутской области / А.А. Кошелев, Шведов А.П. – Иркутск: Издательство ИСЭМ. – 1998. – 64 с.

4.Балде, М.С. Гелиоэнергетика – нетрадиционный вид энергетики для отопления и горячего водоснабжения зданий / М.С. Балде, И.Н. Деревянкин, В.И. Лукьяненко // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды 20-й научно-технической конференции. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. – С. 117-130.

46

УДК 536.24

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОРЕБРЕНИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ

ТРУБОК ГАЗОВОГО РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

О.В. Галицкий1, С.В. Дахин2

1Студент гр. бПТ-41, galitskii.ov@gmail.com

2Канд. техн. наук, доцент, svdakhin@ya.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: проведён расчёт рекуперативного теплообменного аппарата при интенсификации теплопередачи за счёт оребрения. Показано, что потребная площадь поверхности аппарата уменьшается в 5 - 6 раз по сравнению с гладкотрубным пучком. Интенсификация теплопередачи при переменном оребрении приводит к сохранению компактности теплообменника при уменьшении гидродинамического сопротивления

Ключевые слова: интенсификация, теплопередача, оребрение

Регенеративное использование теплоты широко применяется в теплоэнергетике и теплотехнологиях для повышения энергетической эффективности установок, в частности при утилизации выхлопа водородной паротурбинной установки (ВПУ) [1, 2].

Рассмотрим возможность интенсификации теплопередачи на примере газового регенеративного подогревателя (ГРП) ВПУ.

ГРП представляет собой теплообменный аппарат с одним греющим теплоносителем (перегретый водяной пар) и двумя нагреваемыми параллельными потоками газообразных кислорода и водорода (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид и схема движения теплоносителей в ГРП

47

Кислород и водород движутся по трубкам длиной 1 м с внутренним диаметром dв 10 мм и толщиной стенки с 1 мм.

Материал стенки трубок – сталь 12Х18Н10Т.

Трубки согнуты в змеевик, который имеет параллельные ходы: для кислорода – 13; для водорода – 27.

Плоскость змеевика горизонтальна. Таким образом, совокупность змеевиков образует трубный пучок, который омывается греющим перегретым паром.

В[3], в результате расчёта подобного теплообменного аппарата

сгладкими теплообменными трубками, получены следующие значения:

-тепловая мощность - QГРП 1,046 МВт;

-коэффициент теплопередачи по кислороду – kО2 283

Вт/(м2·K);

- коэффициент теплопередачи по водороду – kH2 248 Вт/(м2·K);

-поверхность теплообмена по кислороду – FО2 13,2 м2 ;

-поверхность теплообмена по водороду – FH2 23,7 м2 ;

- число рядов змеевика по кислороду – zО2 27 шт ;

-число рядов змеевика по водороду – zH2 24 шт ;

-гидродинамические потери – PГРП 1094 Па .

Для интенсификации теплопередачи и, следовательно, для уменьшения габаритов предлагается оребрить теплообменные трубки, тем самым уменьшить поверхность теплообмена при одинаковой теплопроизводительности ГРП.

Выбираем медные рёбра толщиной 1 мм и высотой 10 мм. Расчёты производим по стандартной методике [4, 5]. Для оценки влияния оребрения на коэффициент теплопередачи построим

зависимость k f , где Fрс Fгл - коэффициент оребрения; Fрс

и Fгл - площадь оребрённой и гладкой поверхностей теплообменной

трубки (рис. 2).

Очевидно, что увеличивать коэффициент оребрения более 60 безполезно. Поэтому выбираем для сравнения трубные пучки с10,83 и 27, 22 . Результаты расчёта сведены в таблицу.

48