Теплообменные устройства в газотурбинных установках | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Ямалиев Р. Р., Каменский А. И., Ахмедзянов Д. А. Теплообменные устройства в газотурбинных установках // Молодой ученый. — 2011. — №2. Т.1. — С. 13-16. — URL https://moluch.ru/archive/25/2637/ (дата обращения: 16.10.2018).

В условиях физического и морального старения основного генерирующего оборудования, ухудшения его технико-экономических показателей, плохого инвестиционного климата, обострения топливного дефицита необходим поиск решений, оптимальных по соотношению затрат и результатов, дающих быстрый эффект. В настоящее время ведется активное внедрение более ресурсоемких методов выработки электроэнергии, основным из которых предлагается использование газотурбинных установок (ГТУ). Создание на базе ГТУ электростанций позволяет решить проблему дефицита электрической энергии отдельных регионов, обеспечить бесперебойное энергоснабжение жилищно-коммунального сектора и промышленных предприятий.

Основными преимуществами ГТУ являются:

  • малые выбросы вредных веществ в атмосферу;

  • малые вибрации и уровни шума;

  • компактные размеры;

  • значительный экономический эффект (экономия на ЛЭП и т.п.) [4].

Газотурбинные установки имеют единичную электрическую мощность от 20 кВт до нескольких десятков МВт. Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 25 – 33 %. Для повышения КПД установок в конструкции применяются теплообменные устройства (теплоообменники), которые позволяют существенно повысить эффективность использования топлива и увеличивают КПД установок до 60-80 % [2, 3].

Соотношение производимой электрической энергии к тепловой энергии у ГТУ составляет ~ 1:2, т.е. газотурбинная установка с электрической мощностью 10 МВт способна выдать до 20 МВт тепловой энергии.

По принципу действия теплообменники подразделяют на три вида:

  • рекуперативные;

  • регенеративные;

  • смесительные.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника.

Рекуперативные теплообменники подразделяют в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным, а при противоположном направлении движения – противоточным. В теплообменнике с перекрестным током теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный и многократный перекрестный ток. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей.

Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации теплоты в газотурбинных установках, называют регенераторами; теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство называют радиаторами.

В регенеративном теплообменнике одна и та же поверхность поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью.

Характерная особенность регенеративного теплообменника – нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции.

Внутренняя полость теплообменника заполняется насадкой, которая делается из кирпича, металла или другого материала.

В смесительных теплообменниках процесс теплообмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, т.е. они непосредственно соприкасаются друг с другом. Поэтому смесительные теплообменники называются также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости.

Смесительный теплообменник целесообразно использовать для таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата. Например, такой парой теплоносителей является вода и воздух.

Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники [1].

По конструкции теплообменник может быть:

  • объемным;

  • пластинчатым;

  • скоростным (также называют кожухотрубным);

  • спиральным.

В объемном теплообменнике одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая – протекает через змеевик.

В кожухотрубных теплообменниках [5] (рис. 1) среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи. Сам теплообменник представляет собой один большой кожух (трубу), в котором находится много мелких трубочек. Одна среда в нем двигается в межтрубном пространстве, другая – внутри трубочек. Обычно в трубочках находится более "грязная" среда, так как их легче чистить.


Рисунок 1 - Кожухотрубный теплообменник [5]


Современные пластинчатые теплообменники [5] (рис. 2) состоят из набора пластин. Среды в них движутся между пластинами. Такие теплообменники просты в изготовлении (штампованные пластины с прокладками между ними складываются в пакет пластин), легко модифицируются, характеризуются хорошей эффективностью.


Рисунок 2 - Пластинчатый теплообменник [5]

Для нагревания и охлаждения высоковязких жидкостей чаще используют спиральные теплообменники – два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки (керна), по которым движутся среды.

Теплообменники характеризуются рядом показателей: особенностями конструкции, габаритами, массой, удобством обслуживания, условиями теплообмена, КПД, гидродинамическим совершенством, долговечностью, эстетикой, тепловой производительностью, температурными условиями процесса, физико-химическими свойствами теплоносителей, стабильностью процесса и др.

Такие требования к рекуперативным теплообменным аппаратам, как технологичность изготовления, эффективность достижения благоприятных тепловых и гидравлических режимов, эксплуатационные качества, компактность и металлоемкость приближенно оценены для некоторых типов рекуперативных теплообменных аппаратов в таблице 1 [5].







Таблица 1 - Требования к рекуперативным теплообменным аппаратам






Тип теплообменного аппарата






Возможность

изготовления

Эффективность

Удобство обслуживания

Компактность и

металлоемкость

Из стали, цветных металлов и пластмасс

Из чугуна и хрупких материалов

Высокие скорости в трубах и каналах

Высокие скорости снаружи труб и каналов

Возможность противотока

Многоходовость

Чистка внутри

Чистка снаружи

Частичная замена поверхности

Ремонт

Поверхность на единицу объема

Масса на единицу поверхности

Трубчатые

Кожухотрубчатые

5

1

5

3

4

4

5

3

3

3

18-40

35-80

Секционные

5

3

3

5

4

1

5

3

2

3

4-15

175-200

Пластинчатые

Гладкие листы

5

3

5

5

5

1

2

2

1

4

10-60

5-20

Волнистые листы

5

1

5

5

5

3

3

3

3

3

300-600

5-10


Наиболее широкое применение в ГТУ получили пластинчатые теплообменники [4, 5].

Использование теплообменников в конструктивных схемах газотурбинных установок позволяет значительно снизить расход топлива и, как следствие, увеличить полную эффективность установок и снизит объёмы вредных выбросов, что позволяет значительно снизить расходы на запуск электростанций и ускорить их окупаемость.


Литература:
  1. П.А. Антикайн, М.С. Аронович, А.М. Бакластов. Рекуперативные теплообменные аппараты. М.-Л. - Госэнергоиздат, 1962. – 230 с.

  2. Turbec Spa Т100 - Техническое описание.
  3. Elliott TA 100 R CHP - Техническое описание.
  4. Газотурбинные установки и газопоршневые электростанции, микротурбинные установки, микротурбины, когенераторные установки [Электронный ресурс]/ 2005-2010. – Режим доступа: http://manbw.ru/, свободный.

  5. Портал теплообменного оборудования [Электронный ресурс]/ 2009-2010. – Режим доступа: http://www.teploobmenka.ru/, свободный.


Работа выполнена при финансовой поддержке гранта МД-277.2010.8

Основные термины (генерируются автоматически): теплообменник, процесс теплообмена, регенеративный теплообменник, стационарный характер, тепловая энергия, теплообменный аппарат, холодный теплоноситель, удобство обслуживания, установка, среда.


Похожие статьи

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Используемые ранее кожухотрубные теплообменные аппараты (КТТО) заменяют пластинчатыми теплообменниками (ПТО), причем

Возможно, кратно количеству пластин. Невозможно. Возможная разность температур теплоносителя и нагреваемой среды на выходе.

Судовые теплообменные аппараты | Статья в журнале...

Поверхностные теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативный ТА — это теплообменный аппарат, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен между ними происходит...

Исследование теплообменных процессов в системах...

В статье приведены результаты исследований теплообменных процессов в опытной

Ключевые слова: теплообмен, адсорбер, адсорбционная установка, солнечная энергия

Для исследования температурных характеристик и теплового режима к листу были припаяны...

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных аппаратов. Применение микробиологических методов для

Современное состояние исследований по интенсификации процессов гидродинамики и теплообмена в каналах с локальными завихрителями.

Теплообмен в зернистых средах при реверсивных режимах...

Разработана математическая модель процесса, описывающая теплообмен между газовым

Полученные результаты могут быть использованы при разработке регенеративных тепло

Первая методика заключалась в том, что на холодный вход установки подавали воздух при...

Исследование работы теплового насоса с регенеративным...

Теплонасосные установки (ТНУ), используя возобновляемую низкопотенциальную энергию окружающей среды и повышая ее

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными трубами. Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Приведены исследования характерных режимов работы теплообменной системы горячего водоснабжения зданий; даны рекомендации по экономия тепловой энергии. Ключевые слова: горячее водоснабжение, теплообменник, клапан с электрическим приводом...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Уменьшение массогабаритных характеристик теплообменников за счет процессов интенсификации особенно имеет большое значение энергетике [1].

Турбулентное течение теплоносителей в теплообменных аппаратах предпочтительнее, так как оно обеспечивает...

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Правила учета тепловой энергии и теплоносителя

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными трубами.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных...

Используемые ранее кожухотрубные теплообменные аппараты (КТТО) заменяют пластинчатыми теплообменниками (ПТО), причем

Возможно, кратно количеству пластин. Невозможно. Возможная разность температур теплоносителя и нагреваемой среды на выходе.

Судовые теплообменные аппараты | Статья в журнале...

Поверхностные теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативный ТА — это теплообменный аппарат, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен между ними происходит...

Исследование теплообменных процессов в системах...

В статье приведены результаты исследований теплообменных процессов в опытной

Ключевые слова: теплообмен, адсорбер, адсорбционная установка, солнечная энергия

Для исследования температурных характеристик и теплового режима к листу были припаяны...

Выбор и сравнение эффективности методов интенсификации...

Сравнение пластинчатых и кожухотрубных теплообменных аппаратов. Применение микробиологических методов для

Современное состояние исследований по интенсификации процессов гидродинамики и теплообмена в каналах с локальными завихрителями.

Теплообмен в зернистых средах при реверсивных режимах...

Разработана математическая модель процесса, описывающая теплообмен между газовым

Полученные результаты могут быть использованы при разработке регенеративных тепло

Первая методика заключалась в том, что на холодный вход установки подавали воздух при...

Исследование работы теплового насоса с регенеративным...

Теплонасосные установки (ТНУ), используя возобновляемую низкопотенциальную энергию окружающей среды и повышая ее

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными трубами. Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Приведены исследования характерных режимов работы теплообменной системы горячего водоснабжения зданий; даны рекомендации по экономия тепловой энергии. Ключевые слова: горячее водоснабжение, теплообменник, клапан с электрическим приводом...

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

Уменьшение массогабаритных характеристик теплообменников за счет процессов интенсификации особенно имеет большое значение энергетике [1].

Турбулентное течение теплоносителей в теплообменных аппаратах предпочтительнее, так как оно обеспечивает...

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Правила учета тепловой энергии и теплоносителя

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Метод эксергетического анализа теплообменника с накатанными трубами.

Задать вопрос