Библиографическое описание:

Вардияшвили А. А., Узаков Г. Н., Вардияшвили А. А., Файзиев Т. А., Умиров А. У. Теплотехнический расчет солнечно-паровых установок // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 34-36.

Теплотехнический расчет солнечных паропроизводящих агрегатов заключается в установлении конструктивных размеров лучевоспринимающих и концентрирующих поверхностей солнечных отражателей, поверхностей нагрева парового котла. Разработанная конструкция агрегата должна обеспечить производство соответствующих количеств пара заданных параметров [1. 2].

Преобразование лучистой энергии Солнца, которая сконцентрирована зеркальными поверхностями в тепловую энергию, происходит на поверхностях нагрева. К этим поверхностям относятся экономайзер, обеспечивающий подогрев воды до температуры кипения, испаритель, в котором происходит перегрев пара.

Известно, что население ряда районов мира и республик Центральной Азии испытывает острый дефицит пресной воды, и в то же время там имеются значительные запасы соленых вод непригодных для питья.

Дефицит пресной воды ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в аридных, а также засушливых, составляющих около 60 % всей поверхности земной суши, и, по расчётам, к началу 21 века достиг 120–150 109 m3 в год. Этот дефицит может быть покрыт опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2–10 г/л) океанических, морских и подземных вод [1. 2].

В связи с этим, разработка и создание эффективной комбинированной солнечной установки предназначенной для получения пресной воды, теплохлодоснабжения теплицы и овощехранилища является актуальной задачей.

Стремление увеличить производительность опреснителей привело к созданию многоступенчатых систем. В них теплота конденсации пара многократно используется для выпаривания рассолов с отдельных цистерн и резервуаров. У нас и за рубежом ведутся исследования по отысканию как конструкционных материалов, снижающих стоимость опреснения, так и способов, повышающих эффективность процесса гелиоопреснения [1. 2. 3].

Приведенный анализ по экономике солнечного опреснения указывает на отсутствие единого подхода при определении себестоимости дистиллята. Сопоставления экономических показателей солнечного опреснения с показателями других способов водоопреснения, приведенные в работах, подтвердили экономические преимущества солнечного опреснения перед такими наиболее распространенными способами, как мгновенное вскипание, многоступенчатая выпарка и парокомпрессионная дистилляция в тех сходных случаях, когда производительность установок небольшая.

Расчеты показали, что солнечное опреснение экономически выгоднее доставки пресной воды автоводовозами в местах: а) где минерализация исходной воды 10 г/л и источник пресной воды находится на расстоянии более 35 км; б) где минерализация исходной воды доходит 40 г/л и расстояние от пресного источника больше 45 км. Таким образом, из многочисленных рассмотренных регенеративных солнечных опреснителей наиболее рациональным является опреснитель, состоящий из солнечнопарового котла с параболоцилиндрическим концентратором, работающим в блоке с опреснительной установкой с параллельным питанием [2.3].

На каждом этапе преобразования энергии в определенном элементе гелиоустановок имеет место потеря энергии, которая характеризуется коэффициентом использования энергии данным элементом. Потеря энергии в целом всего процесса преобразования характеризуется общим коэффициентом использования солнечной энергии тепловой гелиоустановкой [2.3].

Обозначим через энергию, падающую на зеркала-концентраторы, Вт; энергию, сконцентрированную зеркалами и отраженную таковыми, ккал/час; энергию, падающую на котел, Вт; энергию, воспринятую котлом, Вт; энергию, полезно использованную котлом, Вт.

Запишем коэффициент отражения зеркал (1)

коэффициент использования площади зеркал , (2)

коэффициент черноты поверхности нагрева котла , (3)

коэффициент полезного действия парового котла . (4)

Коэффициенты, выраженные формулами (1), (2) и (3), не зависят от интенсивности солнечной радиации: ; ; , к.п.д. парового котла, как указано выше, зависит от нагрузки котла, а следовательно, и от интенсивности солнечной радиации [1.2. 3].

Общий коэффициент полезного действия солнечной энергетической установки

. (5)

Исходными данными для расчета солнечного парового котла являются начальные параметры пара и паропроизводительность агрегата.

Количество тепла, полезно использованное котлом, равно

; (6)

в том числе полезно использованное экономайзером

; (7)

полезно использованное испарителем ; (8)

полезно использованное пароперегревателем . (9)

В выражениях (5) — (9) приняты обозначения: — паропроизводительность котла, кг/час; — теплосодержание питательной воды, ккал/кг; — теплосодержание жидкости при температуре насыщения, ккал/кг; — теплосодержание насыщенного пара, ккал/кг; - теплосодержание перегретого пара, ккал/кг.

Энергия, воспринятая любым элементом котла, складывается из энергии, полезно использованной этими элементами, и энергии, потерянной в процессе восприятия. Энергия, воспринятая котлом, запишется в виде , (10) в том числе экономайзером , (11)

испарителем , (12)

пароперегревателем . (13)

В соответствии с равенствами (10–13) выражение для тепловых потерь котла, с учетом потерь его обшивки (обмуровки) во внешнюю среду, принимает вид

. (14)

В общем случае, для сложного процесса теплообмена, состоящего из конвекции, лучеиспускания и теплопроводности, потеря тепла может быть определена из формулы

, (15)

где коэффициент теплопередачи или обратное ему значение — коэффициент термического сопротивления — определяются равенством

. (16)

Полагая, что внутренняя сторона труб поверхностей нагрева котла свободна от накипи, а коэффициент теплопередачи от стенки труб к жидкости и пару очень большой, можно принять, что второй и третий члены знаменателя равенства (16) ничтожно малы. В связи с указанным, выражения для потерь тепла в окружающую среду примут вид:

, (17)

для испарителя , (18)

для пароперегревателя . (19)

Коэффициент конвективного теплообмена в равенствах (16–19) можно определить по предложенной ниже формуле, справедливой для поверхности, омываемой поперечным потоком воздуха

. (20)

Коэффициент лучистого теплообмена в равенствах (16–19) определяется по формуле

, (21) где . (21)

В формулах (15–21) - температура соответственно стенки любого элемента котла, экономайзера, испарителя, пароперегревателя, ; - температура теплоносителя, соответственно температура теплоносителя в экономайзере, испарителе и пароперегревателе, ; -- температура среды- наружного воздуха, ; — поверхность нагрева соответственно любого элемента котла, экономайзера, испарителя, пароперегревателя, внешней обшивки (обмуровки) котла, м2; - тепловой поток, падающий соответственно на любую поверхность котла, на экономайзер, испаритель, пароперегреватель, ккал/м2 час; - коэффициент теплоотдачи конвекцией соответственно наружной поверхности элемента, экономайзера, испарителя, пароперегревателя, ккал/м2 час; -коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием соответственно наружной поверхностью элемента, экономайзером, испарителем, пароперегревателем, ккал/м2 час; -коэффициент теплоотдачи конвекцией внутренней поверхности элемента, ккал/м2 час; -сумма термических сопротивлений многослойной стенки обмуровки котла, ; — коэффициент теплоотдачи конвекцией соответственно наружной и внутренней поверхностью обмуровки котла, ккал/ м2 час, -коэффициент теплоотдачи сложного процесса теплообмена, ккал/ м2 час, - термическое сопротивление, ; -скорость набегаемого потока воздуха, ; -эквивалентный диаметр поверхности, м.

В соответствии с равенством (7–9) и (17–19) к.п.д. элементов котла примут вид:

экономайзера , (22)

испарителя , (23)

. (24)

В связи с равенствами (6), (10) и (14) к.п.д. солнечного котла может быть написано в виде

. (25)

Разработанный и представленный выше методический аппарат дает общие соотношения по определению параметров, характеризующих эффективность работы солнечной тепловой станции. Он может быть применен для поверочного теплового расчета солнечной паропроизводящей установки [1.2].


Литература:

  1. Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии России. –Спб.: Наука, 2002. -314 с.

  2. Д. М. Щеголев. Паровой котел солнечной теплосиловой станции. Теплоэнергетика, вып. 1. М., Изд-во Ан СССР, 1959.

  3. Asf.A.Vardiyashily, A. A. Abdurahmonov. Mathematical modelling and calculation of heliosdesalter-a boiler with a parabola-cylindrical reflector. Seventeen world conference on intelligent systems for industrial Automation. WCIS -2012. Седьмая всемирная конференция. Tashkent, Uzbekistan November 25–27. P.p 221–222.




Основные термины (генерируются автоматически): пресной воды, Теплотехнический расчет, парового котла, элемента котла, обмуровки котла, нагрева парового котла, коэффициент теплоотдачи конвекцией, солнечного опреснения, Теплотехнический расчет углубленного, минерализация исходной воды, -коэффициент теплоотдачи, сложного процесса теплообмена, поверхностей нагрева котла, расчет углубленного плодоовощехранилища, стенки обмуровки котла, паровых котлов, газа паровых котлов, паровых котлов типа, котельной Каршинского маслоэкстракционного, регулируемой газовой средой.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос