«ТЕПЛООБМЕНА ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА И.А. ПОПОВ Х.М. МАХЯНОВ В.М. ГУРЕЕВ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА Под общей редакцией Ю.Ф.Гортышова ...»

Рис.2.76. Элементы вращающихся регенераторов: а – элемент воздушного подогревателя регенератора Ljungstrom (компания ABB Alstom Power Air Preheater, Inc.); б – вращающийся регенератор из полистирола; в – ротор вращающегося теплообменника из «японской» бумаги; г – элемент теплообменной матрицы из «японской» бумаги

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.2.77. Поверхности теплообмена в матрицах вращающихся регенераторов [35] Существует множество конфигураций уплотнений для вращающихся регенераторов. Основные формы показаны на рис.2.78. Наибольшая эффективность регенераторов свойственна для уплотнений в форме секторов (рис.2.78а) [36].

Вращающиеся регенераторы имеют компактность до 6600 м2/м3. При их создании используются материалы минимальной толщины, вследствие чего они обладают малой материалоемкостью, весом и им свойственны малые уровни потерь давления. Металлические вращающиеся регенераторы предназначены для рабочих температур теплоносителей до 790°C. Для более высокотемпературных приложений используются керамические матрицы. Пластмасса, бумага и шерсть используются для регенераторов, работающих при температурах теплоносителей ниже 65°C. Металлические и керамические регенераторы не могут работать при разницах давления между горячими и хоФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

лодными газами выше 400 кПа. Это один из крупных недостатков данного типа теплообменников. Пластмасса, бумага и шерсть используются при давлениях теплоносителей приблизительно равных атмосферному давлению.

Вращающиеся регенераторы требуют затрат мощности на вращение матрицы с заданной скоростью.

Рис.2.78. Уплотнения, используемые во вращающихся регенераторах: a – сужающиеся сектора; б – постоянной толщины [36] Типичные регенераторы в энергетике имеют диаметр ротора до 10 м. В них реализуются угловые скорости в диапазоне от 0,5 до 3 оборотов в минуту. Регенераторы систем вентиляции имеют роторы диаметрами 0,25–3 м.

Здесь угловые скорости составляют до 10 оборотов в минуту. Регенераторы на транспортных средствах имеют диаметры до 0,6 м и угловые скорости вращения – до 18 оборотов в минуту.

Подогреватели воздуха Ljungstrom тепловых электростанций, топливных печей передвижных газотурбинных энергоустановок, химических производств - типичные примеры металлических вращающихся регенераторов для подогрева приточного воздуха.

Керамические регенераторы используются для высокотемпературных процессов, например, при сжигании отходов и на передвижных газотурбинных энергоустановках. В системах кондиционирования и утилизации теплоты производственных процессов колеса вращающихся регенераторов изготавливают из алюминиевых сеток, проволочных матриц из нержавеющей стали, рулонов фибр из полиэфира и пластмассы, сотовые структуры.

В системах вентиляции и кондиционирования используются колеса из бумаги, смоченного нейлона и полипропилена.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Этот тип теплообменника имеет различные наименования – матричный, переключающийся, периодического действия, клапанный или стационарный регенератор. Для непрерывной работы этот тип регенеративного теплообменник должен иметь по крайней мере две идентичных матрицы, которые работают параллельно. Обычно используется три или четыре матрицы (рис.2.79 и 2.80) для снижения изменений температур подогреваемого газа в высокотемпературных технологических процессах. Напомним, что во вращающихся регенераторах для непрерывной работы достаточно одной матрицы.

Рис.2.79. Трех матричный (камерный) регенеративный теплообменник с последовательно-параллельным течением теплоносителей (а); график управления вентилями (клапанами) (б): H – период прохождения потока горячего газа; О – период прохождения холодного воздуха на горение [1] Переключающиеся регенераторы имеют два основных типа элементов матрицы: насадка и засыпки крупной гальки. Насадки или сотовые структуры бывают двух типов: 1 – некомпактные из огнеупорных материалов, типа Cowper, используемые в высокотемпературных процессах (925–1600°C) (доменные печи, сталелитейные производства, воздухоподогреватели коксовых производств, стекольные производства, печи плавления) при течении агрессивных сред; 2 – компактные, используемые в низкотемпературных процессах (криогенные технологические процессы сепарации воздуха, холодильная техника, двигатели с циклами Стерлинга, Эрикссона, Гиффорда и ВуйлюмиФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

ра). Регенератор основной элемент термодинамического цикла двигателя Стерлинга, однако здесь используется одна матрица и, следовательно, здесь течение рабочих сред имеет периодический, не непрерывный характер, как в других регенераторах.

Рис.2.80. Четырех матричный (камерный) регенеративный теплообменник с параллельным течением теплоносителей (а); график управления вентилями (клапанами) (б): H – период прохождения потока горячего газа; О – период прохождения холодного воздуха на горение [1] Насадки из огнеупорных материалов типа печи Cowper являются большими сооружениями – высотой до 35 м и диаметром до 7,5 м. Они работают при значительных температурах теплоносителя на входе – до 1200°C. Продолжительность цикла достигает 1–3 часов. Требование соблюдения постоянства во времени температуры воздуха, поступающего в топку на горение, предписывает использовать одновременно три или четыре насадки регенератора, как показано на рис.2.79 и 2.80.

Поверхность теплообмена в вышеописанном высокотемпературном переключающемся регенеративном теплообменнике представляет собой матрицу из огнеупорных кирпичей. Компактность подобной насадки составляет обычно 25–42 м2/м3, как показано на рис.2.81. Размеры газоходов, а значит и размеры фронта матрицы достаточно большие, что обусловлено требованиями по загрязнению. Коэффициент теплоотдачи составляет около 5 Вт/м2K.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Конфигурации поверхностей теплообмена для переключающегося регенеративного теплообменника такие же, что и для вращающегося. В качестве насадок используются засыпки кварцевой гальки, стальных, медных или свинцовых колец, рулоны фибры, пористые порошковые, проволочные и сеточные материалы, штабели стержней. Компактность теплообменников составляет до 82000 м2/м3; диапазон достигаемых коэффициентов теплоотдачи - 50-200 Вт/(м2K).

Выбор площади проходного сечения матрицы для переключающихся теплообменников весьма ограничен. Утечки в данном теплообменнике в основном обусловлены износом клапанов переключения магистралей теплоносителей и возможными трещинами в корпусе матрицы.

Переключающиеся, матричные регенераторы могут использоваться при значительных расходах теплоносителей и могут иметь значительные объем и массу (значительные площади теплообмена в матрице). Вследствие этого, здесь снижены требования к материалам (особенно по теплоемкости).

Рис.2.81. Формы элементов насадок для высокотемперурных регенеративных теплообменников [1] 2.5. Роль теплообменных аппаратов в развитии техники и технологий Теплообменные аппараты (ТА), такие как конденсаторы, испарители, охладители, экономайзеры, радиаторы и т.д., широко используются во многих отраслях промышленности. Наибольшее распространение они нашли в энергетике, химической и нефтеперерабатывающей, бумажной и пищевой отраслях промышленности. Начиная с середины 70-х годов - начала мирового энергетического кризиса - ТА нашли новое применение в различных энергосберегающих теплотехнологиях. Малый размер большинства ТА позволяет

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

использовать их как часть сложных энергетических систем, например, систем кондиционирования и охлаждения транспортных и электрических устройств.

Рис.2.82. Распределение различных типов ТА по различным основным областям применения В конструкциях подавляющего большинства теплообменных аппаратов, применяемых во всех этих отраслях, теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через промежуточное твердое тело (стенку). При этом греющий теплоноситель передает теплоту к одной поверхности, а нагреваемый воспринимает ее от другой поверхности стенки, т.е. во всех случаях осуществляется теплообмен между теплоносителем и поверхностью теплообмена. Поэтому технико-экономические показатели теплообменных аппаратов всех типов и назначений определяются уровнем обоснованности решений при проектировании конструкций макро- и микроструктуры поверхностей теплообмена. Это в основном относится к кожухотрубным, трубчаторебристым, пластинчатым, пластинчато-ребристым и другим типам рекуперативных ТА. На рис.2.82 показано распределение различных типов ТА по различным основным областям применения. Около 80% всех используемых ТА приходится на кожухотрубный тип14. Поэтому исследования и разработки в Обзор мирового и отечественного рынка теплообменных аппаратов представлен в монографии: Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования: Интенсификация

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

области кожухотрубных ТА представляют наибольший интерес. Далее следует отметить возросший интерес к пластинчатым ТА и различного рода ребристых ТА.

Важными факторами эксплуатации ТА долгое время оставались и остаются долговечность, технологичность и эффективность. Главный критерий конкурентоспособности на рынке ТА – это репутации изготовителя. Клиенты готовы сотрудничать с компаниями-производителями, которые способны обеспечить и техническое качество, и скорость выполнения заказа. Но основная часть клиентов готова передать заказы на поставку оборудования изготовителям, которые могут предложить дополнительные услуги в виде проектно-сметных и строительно-монтажных работ. Наконец, другой ключевой критерий выбора поставщика ТА - цена. Все изготовители должны следовать гибкой ценовой стратегии и гарантировать, что они предлагают теплообменники по ценам, строящимся на оценке всего рынка. Они должны гарантировать, что предлагают конкурентоспособную крайнюю цену на фоне рыночной среды и усиливающимся присутствии поставщиков из других регионов мира.

Исходя из вышесказанного, современное теплообменное оборудование должно отвечать как техническим требованиям:

обеспечивать передачу требуемого количества тепла от одной среды к другой с получением необходимых конечных температур при возможно большей интенсивности теплообмена;

быть работоспособным и надежным при заданных термодинами- ческих параметрах рабочих сред (давлении, температуре, объеме) и различном агрегатном состоянии;

иметь поверхность теплообмена и другие элементы конструкции аппарата, омываемые рабочей средой, достаточной химической стойкости к агрессивному воздействию, а также инертной по отношению к пищевым продуктам;

иметь возможность осмотра поверхностей теплообмена и доступ- ность их для периодической очистки для сохранения продолжительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке сред, способных выделять отложения на стенках;

обладать достаточным запасом прочности, гарантирующим безопасное состояние при напряжениях, возникающих как в результате давления рабочей среды, так и вследствие температурных деформаций различных частей теплообменника;

иметь возможно меньшие габариты и возможно меньшую удельную металлоемкость при заданных рабочих параметрах, так и потребительским требованиям:

иметь приемлемую цену и условия оплаты;

теплообмена: монография // Под общ. ред. Ю.Ф.Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий. 2009. 531 с.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

обладать высоким качеством изготовления;

иметь полную готовность к работе («под ключ»);

обладать удобством и простотой в обслуживании и эксплуатации;

обеспечивать ремонтопригодность;

обладать гибкостью производительности и универсальностью по различным видам обрабатываемых продуктов;

иметь необходимую документацию (паспорт, схему, сертификат).

Именно по этим требованиям подбираются конкретные теплообменные аппараты для конкретных условий эксплуатации.

Важнейшими характеристиками ТА являются:

температура горячего теплоносителя;

рабочее давление;

число основных функций (подогреватель, охладитель, испаритель, конденсатор; газ-газ, жидкость-газ, жидкость-жидкость, пар-жидкость);

характеристика теплообмена (число единиц переноса теплоты ЧЕП) или коэффициента теплопередачи).

Современные ТА должны иметь высокие показатели по каждому из данных характеристик. Однако находящиеся в эксплуатации ТА имеют удовлетворительные показатели лишь по отдельным характеристикам (рис.2.83).

Рис.2.83. Диапазон применения различных теплообменных аппаратов При выборе оборудования – трубчатых, пластинчатых или прочих теплообменников - следует исходить из особенностей технологического процесса.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Сегодня наиболее полно всем предъявляемым требованиям отвечают аппараты пластинчатого и трубчатого типов, которые и доминируют на рынке.

Сегодня, примерно 80% всего рынка теплообменников в промышленности и энергетике приходится на кожухотрубные ТА. Сегодня только эти теплообменники могут использоваться при высоких температурах и давлениях. Для дальнейшего их использования необходимо повышение их тепловой эффективности (числа единиц переноса или коэффициента теплопередачи).

Развитие трубчатых теплообменников в последние годы не стояло на месте. Использование в ряде случаев искусственных турбулизаторов на трубах (например, навивки или накатки) обеспечивает принудительный отрыв пограничного слоя продукта от теплопередающей стенки и существенно интенсифицирует теплообмен. При необходимости (осмотр, чистка, ремонт) имеется также возможность легко извлекать пучок из корпуса. Такие конструкции теплообменника полностью исключают попадание одной среды в другую. Новые возможности трубчатых теплообменников позволили использовать их в таких видах установок, как регенеративные, которые традиционно занимали пластинчатые аппараты.

Семейство трубчато-ребристых ТА также достаточно распространено.

За счет развитой поверхности теплообмена они хорошо зарекомендовали себя при использовании теплоносителей типа газ/жидкость, включая конденсаторы и испарители, но необходима их дальнейшая адаптация под высокие давления. Трубчато-ребристые теплообменные элементы широко используются в котлах-утилизаторах, промышленных кондиционерах, транспортных радиаторах, аппаратах воздушного охлаждения и градирнях.

Разборные пластинчатые ТА используются все больше и больше за счет их хороших теплогидравлических характеристик. Ограничение в основном связано с прокладками из эластомеров между пластинами. Из-за них такие ТА не применяются при давлениях более 20 бар и температурах более 250С. Но в начале 80-х годов появился сварной или паянный пластинчатый ТА, расширивший диапазон использования пластинчатых ТА до давлений около 40 бар и температур до 500С. Это также привело к увеличению инвестиций, в том числе в модернизацию теплового хозяйства.

Другие технологические инновации составляют специфический сектор рынка теплообменников. Например, коррозионностойкие ТА из керамических и полимерных материалов, ТА с псевдоожиженными слоями, где теплообмен осуществляется между газом и твердыми частицами, и т.д.

Исходя из всего вышесказанного, разработка новых ТА и их эксплуатация сталкиваются с проблемами, которые можно объединить в 3 основные группы.

Первую группу составляют проблемы связанные с условиями эксплуатации ТА. К данным проблемам относятся – загрязнение теплообменных поверхностей, коррозия ТА, а также термомеханические проблемы во время переходных режимов работы ТА. Все эти условия влияют на характеристики

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

теплообмена (число единиц переноса теплоты или коэффициента теплопередачи).

Вторая группа – это проблемы по повышению компактности ТА и их ресурса. Напомним, что средний возраст большинства ТА в отечественной промышленности достиг на сегодняшний день 20 лет. За это время научноисследовательские работы в области теплообмена ушли достаточно далеко и необходимо их скорейшее внедрение в промышленные ТА. Уже сегодня в мировой энергетике и промышленности ТА без интенсификации практически не используются.

Третью группу составляют проблемы повышения верхнего предела работы ТА по температуре горячего теплоносителя.

Далее подробно будут рассмотрены практические технические решения по решению задач второй группы – повышения компактности ТА за счет интенсификации теплообмена, с одновременным максимальным учетом проблем первой и третьей групп задач разработки, создания и эксплуатации ТА.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

ГЛАВА 3. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Как было показано в предыдущей главе15 80-90% мирового и отечественного рынка теплообменных аппаратов приходится на трубчатые теплообменники различных типов и назначения. Основное преимущество трубчатых теплообменников – широкий диапазон рабочих температур и давлений, возможность использования в различных отраслях промышленности и типах техники и технологий. Однако большинству промышленных трубчатых теплообменников свойственны невысокие показатели эффективности. В настоящее время повышение эффективности данных теплообменников производится применением интенсификаторов теплообмена, подбором оптимальных режимных параметров и оптимизацией конструктивных решений. В данной главе показаны основные технические решения по оптимизации конструкций и применению промышленно выпускаемых интенсификаторов в трубчатых элементах теплообменного и энергетического оборудования.

3.1. Интенсификация теплообмена в котлоагрегатах 3.1.1. Интенсификация теплообмена в жаротрубных котлах В жаротрубных котлах горячие дымовые газы из жаровой трубы далее поступают в систему дымогарных труб относительно малого диаметра, где за счет конвективного теплообмена теплота от газов передает к стенкам трубок (а затем воде в межтрубном пространстве). Жаротрубные котлы обычно Глава подготовлена на основе обзора материалов интернет-сайтов производителей котельных агрегатов и теплообменных аппаратов. Адреса интернет-сайтов не приводятся. Интернет-сайты могут быть определены по приведенным по тексту наименования компаний-производителей.

Более детально обзор мирового и отечественного рынка теплообменных аппаратов представлен в монографии: Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования:

Интенсификация теплообмена: монография // Под общ. Ред. Ю.Ф.Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий. 2009. 531 с.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

классифицируются по количеству "ходов", т.е. количеству раз (с учетом движения в жаровой трубе) движения дымовых газов вдоль оси котла. Движение газов в дымогарных трубах турбулентное, однако за счет формирования пограничного слоя и низких теплофизических свойств газов коэффициенты теплоотдачи в дымогарных трубах невысокие.

Для увеличения теплоотдачи в дымогарных трубах используют турбулизаторы, представляющие собой малые диафрагмы и выступы в трубах (рис.3.1а), ломанные металлические ленты (рис.3.1б), внутреннее оребрение (рис.3.1в), спиральные и кольцевые накатки (рис.3.1г), пружинные проволочные вставки (рис.3.1д) или закручивающие лопатки, скрученные ленты (рис.3.1е) и т.д. Основная цель их установки – разрушение пограничного слоя и турбулизация потока. Результат – повышение КПД котлоагрегата. Турбулизаторы обычно устанавливаются в последнем «ходе» дымовых газов (в четырехходовых котлах турбулизаторы не устанавливаются). Уменьшение температуры на каждые 40°F приводит к 1%-ому повышению КПД котлоагрегата.

Турбулизаторы являются заменой более дорогостоящих экономайзера или воздушного подогревателя для повышения эффективности котла. Они просты, легко монтируются и имеют низкую стоимость (10–15$ за один турбулизатор). Конструкции современных турбулизаторов не вызывают существенного увеличение потерь давления и создают условий для осаждения сажи в трубах котла. Вставные турбулизаторы обычно фиксируются в трубах пружинным затвором и легко удаляются для обеспечения очистки труб щеткой.

Примеры схем жаротрубных котлов с интенсифицированными жаровыми и дымогарными трубами приведены на рис.3.2.

В промышленных и бытовых жаротрубных котлах иностранного и отечественного производства мощностью до 5 МВт предусматривается обязательное использование интенсификаторов теплообмена (турбулизаторов потока). Так импортные промышленные водогрейные котлы средней мощности (500–6000 кВт) на российском рынке представлены производителями Loos (Австрия), ACV (Бельгия), Buderus, Viessmann, Wolf, Standart-Kessel, Omnical (Германия), Biasi, Ferolli, Garioni Naval, Lamborgini, I.Var, ICI Caldaie, Riello, Unical (Италия), Baxi, De Dietrich, Ygnis (Франция), Vapor (Финляндия), Rendamax (Голландия), Thermax (Индия), Erensan (Турция), Laars (США). Как будет показано ниже, все они оснащены интенсификаторами теплообмена (турбулизаторами потока) различного типа.

В последнее время, за счет увеличения производства жаротрубных котлов совместными предприятиями и по лицензиям иностранных производителей и разработчиков котлоагрегатов, увеличивается доля интенсифицированных котлов российского производства. Их эффективность (КПД) достигает значений 92-96%.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.1. Турбулизаторы потоков в дымогарных и жаровых трубах жаротрубных котлов

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.2. Жаротрубные котлы и интенсификацией: а – котел с накатанными дымогарными трубами

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.2 (продолжение). Жаротрубные котлы и интенсификацией: б – котел с накатанной жаровой трубой

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.2 (продолжение). Жаротрубные котлы и интенсификацией: в – котел с оребренными дымогарными трубами

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.2 (продолжение). Жаротрубные котлы и интенсификацией: г – котел с оребренной жаровой трубой

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.2 (продолжение). Жаротрубные котлы и интенсификацией: д – котел с турбулизирующими лентами в дымогарных трубах Рассмотрим некоторые конкретные примеры промышленного использования интенсификаторов теплообмена в дымогарных трубах жаротрубных котлов малой и средней мощности.

В промышленных твердотопливных котлах K-100...K-700 компании Kalvis (Литва) мощностью от 100 до 700 кВт для более эффективной передачи тепла в нагревательных трубах теплообменника вмонтированы вставные турбулизаторы в виде скрученных лент (рис.3.3).

Скрученные ленты для интенсификации теплообмена в конвективной части котлов используются в отопительных стальных водогрейных газовых трехходовых котлах Prexterm RSW мощностью от 92 до 3600 кВт компании Ferroli (Италия) (рис.3.4). Скрученные ленты используются и в котлах малой мощности. Например, в дымогарных трубах бытовых напольных котлов на пеллетах HS TARM мощностью 15–43 кВт компании TARM (США) (рис.3.5).

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.3. Промышленные твердотопливные котлы K-100...K-700 компании KALVIS: 1 – двери теплообменника; – взырвной клапан; 3 – пульт управления; 4 – жаротрубный теплообменник; 5 – вставной турбулизатор; 6 – патрубки для предохронительных клапанов; 7 – труба горячей воды; 8 – камера подогрева вторичного воздуха; 9 – труба возвратной воды; 10 – термометр; 11 – вентилятор вторичного воздуха; 12 – шамотные кирпичи; 13 – отверствия для подачи вторичного воздуха; 14 – вентилятор первичного воздуха; 15 – регулятор количества воздуха; 16 – термоизоляция; 17 – камера подогрева первичного воздуха; 18 – дверца золника; 19 – дверца топки; 20 – смотровое окошко; 21 – колосники

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

В дымогарных трубах отопительного напольного котла для газообразного и жидкого топлива типа HSG производства Olymp Werk Telfs GmbH (Австрия) для интенсификации теплообмена используются сваренные участки скрученной ленты (рис.3.6). Длина каждого участка соответствует шагу закрутки. Внешний вид подобных лент производства компании Van Dijk Heating B.V. (Нидерланды) приведен на рис.3.7.

В водогрейном газотрубном котле КВ-3,0Г ОАО ГСКБ (Беларусь) учеными института тепломассообмена им.А.В.Лыкова АН РБ реализован целый пакет современных и эффективных технических решений.

КВ-3,0Г – двухходовой котел, т.е. после топки дымовые газы совершают один ход, что означает, что количество дымогарных труб с учетом их более короткой длины, включенных параллельно, более чем вдвое превышает количество в трехходовых котлах (рис.3.8). Соответственно скорость дымовых газов на входе в дымогарные трубы более чем в два раза меньше. Этим и обеспечивается минимальное ударное воздействие в зоне высоких температур и, следовательно, достигается высокая надежность напряженного конструктивного элемента – передней трубной решетки. Сама по себе реверсивная топка обеспечивает усиленную рециркуляцию дымовых газов к корню факела, за счет чего выравнивается температурное поле внутри топки. Уменьшается максимальное значение температур и максимальные локальные тепловые потоки, что так же повышает надежность элементов топки.

Особенностью газотрубных котлов является то, что в их емкости неизбежно накапливаются шламовые отложения и другие твердые частицы, находящиеся в воде. Так как, во всех известных котлах для получения высокого КПД применена наиболее эффективная схема движения теплоносителей – противоточная, то твердые частицы неизбежно сносятся в высокотемпературную зону передней трубной решетки. Рано или поздно это приводит к ее выходу из строя. Только в КВ-3,0Г движение теплоносителей прямоточное, что обеспечивает снос механических частиц в безопасную зону – к задней трубной решетке, где они могут быть удалены через лючки. Эффект усиливается с помощью специально организованных струй в области передней трубной решетки. Несмотря на применение прямоточной схемы движения теплоносителей, благодаря организации совершенного конвективного теплообмена, КПД котла КВ-3,0Г достигает максимально допустимых для котлов «сухого типа» значений – 96%.

При участии Г.А.Дрейцера (Россия) специалистами ОАО ГСКБ (Беларусь) и ИТМО им.А.В.Лыкова (Беларусь) проведена работа по уточнению результатов использования дискретно-шероховатых и закрученных потоков в реальных условиях работы котлоагрегатов, выявлены оптимальные режимы использования параметров интенсификации теплообмена. На основании этих работ, в котле КВ-3,0Г применена труба с трехзонным теплообменом.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.4. Скрученные ленты в трубах конвективной части отопительных стальных водогрейных газовых трехходовых котлов Prexterm RSW компании Ferroli (Италия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.5. Спиральные ленты в дымогарных трубах бытовых напольных котлов на пеллетах HS TARM компании TARM (США) Рис.3.6. Сварная скрученная лента в дымогарных трубах отопительного напольного котла для газообразного и жидкого топлива типа HSG производства Olymp Werk Telfs GmbH (Австрия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.7. Сварные скрученные ленты-турбулизаторы компании van Dijk Нeating B.V. (Нидерланды) для дымогарных труб котлоагрегатов Первая зона – зона высоких температур – гладкая – обеспечивает минимальный теплообмен на начальном входном участке. Вторая зона – зона средних температур – специально накатанный (дискретно-шероховатый) участок трубы – обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи по отношению к гладкой трубе более чем в два раза. Третья зона – зона низких температур, в которой теплообмен, кроме накатки, дополнительно усиливается спиральной вставкой (рис.3.9), обеспечивая общий уровень интенсификации в три и более раза. Таким образом, по мере охлаждения дымовых газов поддерживается стабильный уровень тепловых нагрузок.

Особенностью использования данных приемов является то, что высокая эффективность теплообмена обеспечивается при очень низких скоростях дымовых газов в дымогарных трубах, что и позволило, как это было описано выше, обеспечить малую входную скорость в конвективный пучок, и, соответственно, высокую надежность элементов конструкции. Достаточно сказать, что снижение температуры дымовых газов до уровня 170–190° происходит на длине дымогарной трубы всего 2 м, в то время как у других производителей общая длина хода дымовых газов составляет 6–7 м (котлы Vitomax).

Подтверждением великолепно организованного теплообмена является то, что аэродинамическое сопротивление котла составляет 350 Па, в то время как у аналогичных импортных котлов Vitomax – 850 Па (табл.3.1). Следует подчеркнуть, что использование столь эффективной поверхности нагрева и дало возможность применить прямоточную схему движения теплоносителей для обеспечения надежности котлоагрегата, как и было описано выше.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.8. Котел КВ-0,3Г с интенсифицированными дымогарными трубами производств ОАО ГСКБ (Беларусь)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.9. Дискретно-шероховатые трубы с вставкой в виде скрученной ленты Кроме того, прямоточная схема движения теплоносителей значительно уменьшает нежелательное конденсатообразование на поверхностях нагрева при растопочных и переходных режимах. Для получения максимально допустимого КПД и возможности регулирования температуры газов на выходе из котла, с целью недопущения ее чрезмерного снижения, в конструкцию котла интегрирован утилизатор на основе труб с алюминиевым оребрением.

ЗАО «Агроресурс» (Украина) изготовляет газовые и твердотопливные котлы «Данко» и «Рівнетерм» мощностью от 2,5 до 100 кВт с дымогарными трубами, оснащенными лентами спиральной формы из стали толщиной 1 мм, повышающими КПД котла и сводящими образование сажи к минимуму.

Стальные водогрейные котлы типа КСВа для отопления и горячего водоснабжения с дымогарными трубами, имеющими накатанные турбулизаторы, ленточные или спиральные завихрители, обеспечивающие интенсификаФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

цию процесса теплообмена со стороны дымовых газов, выпускаются ООО ПК Промкомм (Россия).

Сравнительная таблица основных параметров котла КВ-3,0Г и Vitomax показателя мощность, кВт роны топочных газов, графике 70/115С, % Закрутка потока, способствующая повышению теплоотдачи в дымогарных трубах жаротрубных котлов может осуществляться шнековыми вставками.

Встроенные интенсификторы теплоотдачи в виде шнеков из нержавеющей или жаростойкой стали используются в паровых котлах серии BLP паропроизводительностью от 140 до 3000 кг пара/ч, котлах серии BHP паропроизводительностью 140–5000 кг/ч и водогрейных котлах SuperRAC производства компании I.VAR (Италия); стальных водогрейных котлах компании YGNIS (Франция) мощностью от 150 до 2500 кВт. Компания ICI Caldaie (Италия) также выпускает стальные жаротрубные водогрейные котлы серии REX мощностью от 10 до 1300 кВт и стальные водогрейные котпы DUAL мощностью от 186 до 580 кВт с интенсификаторами теплоотдачи во всех дымогарных трубах в виде шнековых вставок из жаропрочной стали.

Компания Kaukora Oy (Финляндия) выпускает водогрейные многотопливные котлы с горизонтальными дымогарными трубами, например марки Jspi Eco-Lux мощностью 17 и 30 кВт, в которых устанавливаются шнековые вставки для интенсификации теплоотдачи (рис.3.10). Кроме этого, для нагрева воды на цели ГВС, например в котлах Jspi Eco-Lux и Jspi–Triplex, используется змеевик из гребенчатой медной трубы.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.10. Водогрейные многотопливные котлы марки Jspi Eco-Lux компании Kaukora Oy (Финляндия) с дымогарными трубами, оснащенными шнековыми вставками (поз.3 и 4), и змеевиком из гребенчатой медной трубы (поз.1) для нагрев воды на ГВС Наибольшую теплогидравлическую эффективность имеют дымогарные трубы, где производится воздействие не на весь поток в трубах, а только в пристенной области. Поверхностные интенсификаторы в виде спиральных проволочных вставок, кольцевой или спиральной накатки, сферических выштамповок позволяет разрушать пограничный слой и турбулизировать пристенные слои газа.

Бытовые напольные котлы на древесных отходах и пеллетах Turbomatic мощностью 28–110 кВт фирмы Frling (Германия) имеют в качестве интенсификаторов теплообмена в дымогарных трубах спиральные проволочные вставки. При этом вставки жестко соединены с приводом для их периодического вращения в канале с целью очистки теплообменных поверхностей от загрязнений.

Одна из старейших котлостроительных компаний мира Babcock Wanson (США) производит жаротрубные котлы серии BWB мощностью 112– 2108 кВт, в которых в пучках дымогарных труб с целью интенсификации теплоотдачи со стороны дымовых газов также устанавливаются спиральные проволочные вставки (рис.3.12).

В водогрейных вертикальных котлах серии VIX компания Hurst Boiler & Welding Co., Inc (США) мощностью 316–1318 Гкал используются дымогарные трубы XID со спиральными выступами на внутренней поверхности (рис.3.13).

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.11. Схема бытового напольного котла Turbomatic компании Frling (Германия) со спиральными проволочными вставками в дымогарных трубах.

Компания Нoval (Лихтенштейн) предлагает водогрейные жаротрубные трехходовые котлы Нoval Max-3 мощностью 192–3000 кВт c интенсифицированными дымогарными трубами. На трубах методом штамповки нанесены сферические выемки, соответственно с внутренней стороны (стороны газов) в трубе имеются периодические сферические выступы (рис.3.14).

Компания Нoval (Лихтенштейн) также предлагает водогрейные жаротрубные трехходовые котлы Нoval Cosmo мощностью 100–1450 кВт (рис.3.15) c интенсифицированными дымогарными трубами со сферическими выступами на внутренней стороне трубы (со стороны газов). Котел предназначен для использования в двухконтурных системах отопления и комплектуется блоками подогрева воды второго контура. Для этого на котел помещается блок подогрева воды второго контура, представляющий собой трубы систему последовательных теплообменников типа «труба в трубе» с гофрированной внутренней трубой для интенсификации теплопередачи между водой первого и второго контуров.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Промышленные котлы Omnimat паропроизводительностью 0,25 т/час – 10,470 т/час имеют рельефные дымогарные трубы в виде системы сферических углублений/выступов (рис.3.16).

Котлы КСВа-1,0 с дымогарными трубами с накатанными турбулизаторами газового потока производятся на ОАО "Азовобщемаш" (Россия). Подобные жаротрубно-дымогарные котлы ВК-22 производительностью 3, МВт производит ЗАО «Терминал–П» (Россия).

Одним из распространенных интенсификаторов теплоотдачи в дымогарных трубах жаротрубных котлов малой и средней мощности являются пластинчатые турбулизаторы из нержавеющей или жаростойкой стали в виде ломанных лент различной конфигурации.

Рис.3.12. Жаротрубные котлы серии BWB компании Babcock Wanson (США) с дымогарными трубами с интенсификаторами теплоотдачи в виде спиральных проволочных вставок

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.13. Водогрейные вертикальные котлы серии VIX компании Hurst Boiler & Welding Co., Inc (США) с дымогарными трубами со спиральными выступами на внутренней поверхности

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.14. Водогрейные жаротрубные трехходовые котлы Max-3 c интенсифицированными дымогарными трубами компании Noval (Лихтенштейн).

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.15. Водогрейный жаротрубный трехходовый котел Noval Cosmo компании Noval (Лихтенштейн): разрез и принцип действия, схема и внешний вид внутренней гофрированной трубы теплообменника подогрева воды второго контура Практически все стальные жаротрубные котлы компании ICI Caldane (Италия) в дымогарных трубах имеют турбулизаторы для увеличения интенсивности теплоотдачи в трубах и уменьшения их загрязняемости. Котлы серии GeeeNOx BT и Trioprex N имеют пластинчатые турбулизаторы. Паровые котлы серии серии АХ паропроизводительностью 340 - 5100 кг/ч для интенФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

сификации теплообмена в трубах конвективной поверхности имеют шнековые турбулизаторы из нержавеющей стали. Стальные паровые котлы серии ВХ паропроизводительностью 100 - 3000 кг/ч также оснащаются турбулизаторами в дымогарных трубах из жаростойкой стали.

Рис.3.16. Дымогарные рельефные трубы компании Omnical (Германия) Ленточные турбулизаторы используются в водогрейных стальных котлах компании Unical (Италия) мощностью от 63 до 4000 кВт (рис.3.17), горизонтальных трехходовых жаротрубных котлах серии HF и вертикальных жаротрубных котлах серии VW компании L.E.S. Incorporated (США) (рис.3.18), водогрейных жаротрубных котлах марки ТТКV (рис.3.20) мощностью от 1 до 20 МВт компании Vapor (Финляндия), водогрейных мазутных котлах марки Horison (рис.3.21) мощностью от 29,3 до 87,9 кВт компании Laars Heating Systems (США), в котлах марки РК (рис.3.22) компании Electric Furnace-Man (США), водогрейных твердотопливных котлах марки Solo Innova (рис.3.23) мощностью 100-120 кВт компания Baxi (Италия), водогрейных котлах марки Prextherm RSW мощностью от 92 до 1060 кВт (рис.3.24) и парогенераторах для создания насыщенного пара Vapoprex компании Ferroli S.p.A. (Италия).

Компания Fuel Efficiency LLC (CША) выпускает турбулизаторы потока газов в дымогарных трубах типа ломанной стальной ленты под маркой Brock Turbulator (рис.3.19).

Компания Энторос (Россия) выпускает водогрейные двухходовые газотрубные котлы марки Термотехник мощностью 250–15000 кВт с интенсификаторами в виде ломанной ленты в двухрядных дымогарных трубах.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.17. Водогрейные стальные котлы фирмы Unical (Италия) с ленточными турбулизаторами из жаропрочной стали Рис.3.18. Горизонтальный трехходовой жаротрубный котел серии HF и вертикальный жаротрубный котел серии VW компании L.E.S. Incorporated (США)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.19. Внешний вид турбулизатора Brock Turbulator компании Fuel Efficiency LLC (CША) и схемы его установки в вертикальных и горизонтальных дымогарных трубах жаротрубных котлов В стальных водогрейных котлах серии GN мощностью 54–100 кВт компании ACV (Россия) ленточные турбулизаторы устанавливаются в вертикальных дымогарных трубах (рис.3.25).

Кроме ломанных (волнистых) лент в качестве интенсификаторов используются и спиральные ленточные турбулизаторы. Например, оригинальная (спиральная) конструкция ленточных турбулизаторов используется в паФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

ровых стальных горизонтальных жаротрубных котлах E-1,0-0,9ГН, E-2,5ГН и E-4,0-0,9ГН компании «Альянс–Тепло» (Россия) паропроизводительностью от 1 до 4 тонн пара в час с реверсивной топкой и периферийным пучком дымогарных труб.

Рис.3.20. Водогрейный котел марки ТТКV компании Vapor (Финляндия) с ленточными турбулизаторами потока в дымогарных трубах (поз.6) В настоящее время для увеличения тепловой эффективности в жаротрубных котлах продолжают использовать оребрение. Оно используется как в дымогарных, так и в жаровых трубах.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.21. Ленточные турбулизаторы потока дымовых газов в дымогарных трубах водогрейных жаротрубных котлов марки Horison компании Laars Heating Systems (США) Рис.3.22. Жаротрубные котлы марки РК компании Electric Furnace-Man (США) с волнисто–ленточными турбулизаторами в дымогарных трубах

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.23. Водогрейный твердотопливный котел марки Solo Innova компании Baxi (Италия) с дымогарными трубами, оснащенными турбулизаторами в виде ломанной ленты Рис.3.24. Водогрейный котел марки Prextherm RSW компании Ferroli S.p.A.

(Италия) с дымогарными трубами, оснащенными турбулизаторами (завихрителями)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.25. Схема и внешний вид котла серии GN компании ACV (Россия) с турбулизаторами в дымогарных трубах: 1 – верхняя крышка, 2 – верхняя плита, 3 – присоединение дымохода, 4 – турбулизаторы, 5 – дымогарные трубы, 6 – присоединение обратной линии, 7 – камера сгорания, 8 – горелочная труба, 9 – плита горелки, 10 – газовый блок, 11 – дренажный кран, 12 – передняя крышка кожуха котла, 13 – гильза термостата В дымогарных трубах котлов средней мощности оребрение обеспечивается использованием вставок в виде разрезных оребренных труб. Примером котлов с оребренными дымогарными трубами (рис.3.26) являются стальные жаротрубные котлы серии REX мощностью от 60 до 1300 кВт компании ICI Caldaie (Италия). В чугунных жаровых трубах также используются вставки в виде оребренных труб. Например, в котле серии Vitola 200 компании Viessmann (Германия) в чугунную трубу вставлена стальная оребренная труба (так называемая биферральная поверхность) (рис.3.27). Подобная конструкция, по словам разработчиков, уменьшает образование конденсата и увеличивает срок службы котла.

В котлах малой мощности используются оребренные стальные и медные жаровые и дымогарные трубы. Данные трубы будут подробнее рассмотрены в разделе, посвященным оребренным трубам для теплообменников.

Примером таких котлов является газовый жаротрубный котел мощностью 315–500 BTU/ч компании Lochinvar (Ливан) и прямоточный котел модели Mini–Therm компания Laars (США) с медными оребренными трубами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.26. Стальной котел REX производства ICI Caldaie (Италия) c ребристыми интенсификаторами в дымогарных трубах (поз.7) Для создания более компактных конструкций газовых котлов малой мощности создаются цельнолитые и секционированные котлы с оребренными жаровыми трубами (топками) (рис.3.28). Примером конструкции котла с цельнолитым теплообменником могут служить газовые котлы серии Geodis с максимальной мощностью 42 кВт компании Bаxi (Италия). По словам производителей, главным достоинством такого решения является равномерное распределение давления и температуры по поверхности чугунного теплообменника, снижающие термические и механические нагрузки на него. Отсутствие «холодных» зон в водяном объеме котла уменьшает риск выпадения конденсата в газоотводящих каналах. В то же время высокий удельный вес чугуна ограничивает возможность применения цельных конструкций в более мощных котлах. По этой же причине достаточно редко встречаются настенные модели котлов с чугунными оребренными теплообменниками. Примером таких котлов могут служить котлы Gimax компании Termomax (Венгрия).

Турбулизаторы различной конструкции используются в дымогарных трубах жаротрубных котлов компании РОСС (Украина); котлов компании Kiturami (Корея); паровых стальных котлов серии Universal UN-D паропроизводительностью 350–3200 кг пара/ч компании Loos International (США); котлов серии NA.K 80 компании Erensan (Турция); котлов NM 25-90 компании Daikon (Япония); многотопливных стальных котлов Spa компании Roca (Италия); напольных бытовых отопительных котлов типа КСВ мощностью 70–500 кВт ООО «Теплов» (Россия); котлов серии "Тетерев" мощностью от

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

10 до 20 кВт Житомирского танкового завода (Украина); паровых стальных котлов серии BLP паропроизводительностью 340-5100 кг пара/ч фирмы I.VAR Industry (Италия); паровых трехходовых котлов Hoken HB паропроизводительностью от 100 до 750 кг/ч пара (мощностью 67–550 кВт) компании PT Grand Kartech (Индонезия); водогрейных стальных котлов марки Турботерм мощностью 110–5000 кВт ООО «Промышленная группа «Рэмекс» (Россия); стальных паровых котлов КПа «Белогорье» паропроизводительностью от 2,5 до 4,0 т пара в час производства ООО «Бийскэнергомаш Северо– Запад» (Россия); водогрейных трехходовых котлов КСВ мощностью от 1 до 12 МВт промышленной группы «Генерация» (Россия); стальных двухходовых котлов теплопроизводительностью до 0,5 МВт ОАО «ЗИОСАБ» (Россия) и многих других.

Рис.3.27. «Бифферальная поверхность» теплообмена (чугунная труба со стальной оребренной вставкой) котла серии Vitola 200 компании Viessmann (Германия) Оребрение на дымогарных трубах в жаротрубных котлах используется не только со стороны газов, но и со стороны воды для увеличения поверхностей, в том числе и интенсификации теплоотдачи при кипении в паровых жаротрубных котлах. Компания Cun Tai Thermal Ltd. (Китай) выпускает широкий спектр теплообменных труб диаметром от 25 до 219 мм для котельных установок и котлов-утилизаторов. Для котельных установок производятся трубы со спиральной накаткой для интенсификации теплообмена внутри труб и со спирально разрезными ребрами и со стержневыми ребрами (рис.3.29) для увеличения поверхности и интенсификации кипения снаружи труб в жаротрубных котлах.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.28. Котел с цельнолитым сферическим чугунным теплообменником и секция сборного чугунного оребренного теплообменника газового котла Рис.3.29. Дымогарные трубы с разрезными спиральными и штырьковыми ребрами и дымогарные трубы со спиральной накаткой компании Cun Tai Thermal Ltd (Китай) 3.1.2. Интенсификация теплообмена в водотрубных котлах Пионер котлостроения – компания The Babcock & Wilcox Company (США) – производит трубы для вертикальных трубных экранов энергетических котлов. Эффективность вертикальных труб при низких массовых расходах при различных давлениях зависит от параметров внутренней геометрии труб.

Однозаходные спиральные выступы на внутренней поверхности труб способствуют существенной турбулизации потока в пристенной области и незаменимы для увеличения критических тепловых потоков за счет интенсификации процессов теплоотдачи и способствованию смачивания поверхноФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

сти. Однако уровень потерь давления в таких трубах существенен. Способ производства данных труб также является дорогостоящим. Трубы с многозаходными спиральными выступами обеспечивают меньшие потери давления и более просты в изготовлении. Однако уровень турбулентности в таких трубах недостаточен для необходимой интенсификациии теплоотдачи. Данные трубы не обеспечивают предотвращение кризиса пузырькового кипения при высоких тепловых потоках в котлах при снижении среднего массового расхода воды.

Компания Siemens AG (Германия), основываясь на предшествующих работах компании The Babcock & Wilcox Company (США), провела оптимизацию характеристик труб с внутренними выступами для увеличения критических тепловых потоков при низких расходах воды. Отличительной особенностью явилось увеличение высоты выступов и угла их закрутки, что позволило создать большую турбулизацию потока в пристенной области (рис.3.30).

Рис.3.30. Формы профилирования внутренних поверхностей труб энергетических котлов The Babcock & Wilcox Company (США) и Siemens AG (Германия) Пример интенсифицированной трубы для энергетического котла, производимой компанией Foster Wheeler North America Corp. (США) совместно с Siemens AG (Германия), показан на рис.3.31.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Преимущества использования труб с внутренними спиральными выступами специалисты компании Siemens AG (Германия) объясняют следующими факторами.

Рис.3.31. Труба для энергетического котла компаний Foster Wheeler North America Corp. (США) и Siemens AG (Германия) Рис.3.32. Режимы испарения воды в вертикальных трубах паровых котлов Siemens AG

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.33. Влияние гравитационных сил на теплоотдачу в наклонных и горизонтальных трубах паровых котлов Siemens AG

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.34. Улучшение условий теплоотдачи в вертикальных трубах паровых котлов за счет нанесения спиральных выемок на внутренней поверхности труб Siemens AG На рис.3.32 и 3.33 показано режимы кипения и испарения воды в вертикальных, наклонных и горизонтальных трубах экранов паровых котлов.

Видно, что в кризис кипения в трубах сопровождается резким скачком температур, что может привести к прогару труб или их термодеформации. При этом, в горизонтальных и наклонных трубах кризис кипения на противоположных сторонах действия гравитационных сил начинается на различных расстояниях от начала трубы, что усугубляет действие термодеформации и может привести к разрушению труб.

Использование труб с внутренними спиральными выступами улучшает условия теплообмена в трубах паровых котлов. На рис.3.34 показано изменение температур по длине гладкой и интенсифицированной труб паровых котлов. Видно, что наличие спиральных выступов из-за действия инерционных сил, закручивающих поток и отбрасывающих жидкость к стенкам трубы (постоянное смачивание стенок), обеспечивает более позднее наступление кризиса кипения. Как показано на рис.3.35, это приводит к тому, что при одних и тех же плотностях массовых и тепловых потоков температура стенок и ее изменение в области кризиса кипения в интенсифицированных трубах ниже, что уменьшает их склонность к термодеформациям.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.35. Потенциальные возможности оптимизации геометрии внутренних поверхностей испарения труб паровых котлов Siemens AG с целью уменьшения температуры стенки или снижения массовой скорости потока

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.36. Изменение относительных потерь давления по длине гладких и шероховатых труб парового котла Siemens AG при испарении воды С другой стороны использование интенсифицированных труб в паровых энергетических котлах позволяет обеспечить необходимую тепловую мощность при значительно меньших расходах теплоносителя (воды), тем самым при меньших затратах мощности на прокачку. Изменение относительных потерь давления по длине интенсифицированной и гладкой трубы парового котла при испарении жидкости при одинаковых тепловых и массовых потоках показано на рис.3.36.

Энергетические котлы с трубами с внутренними спиральными интенсификаторами на основе вышеописанных исследований выпускают компания

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Siemens Power Generation (Германия) и международная корпорация SiemensWestinghouse (США).

Примером использования интенсифицированных труб с внутренними спиральными выемками являются энергетические котлы компании Mitsubishi Heavy Industries Ltd (Япония) (рис.3.37). При этом ранее принятая спиральная компоновки гладких труб в экранах котла заменяется на вертикальную. Использование подобных рифленных труб позволяет уменьшить термические напряжения в трубах за счет выравнивания температур стенок труб по длине окружности каждого поперечного сечения, уменьшить потери давления и, как следствие, мощность на прокачку теплоносителя, уменьшить загрязняемость внутренних поверхностей теплообмена труб.

Рис.3.37. Компоновки трубных экранов энергетических котлов компании Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (Япония) Рис.3.38. Теплообменные трубы для энергетических котлов с внутренними спиральными выступами и выемками: а – труба компании Eurotube GmbH (Германия); б – Suzhou Seamless Steel Tube Works (Китай)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.39. Теплообменные трубы различного диаметра для энергетических котлов с внутренними спиральными выемками компании Jiangsu Xuanli Group Co. Ltd (Китай) Трубы с внутренними спиральными выступами и выемками для энергетических котлов (рис.3.38 и 3.39) выпускают компании Eurotube GmbH (Германия), Suzhou Seamless Steel Tube Works (Китай), Shengde Seamless Steel Tube Co., Ltd. (Китай), Jiangsu Xuanli Group Co., Ltd. (Китай), Kimitsu Works корпорации Nippon Steel Corporation (Япония), JFE Steel (Япония) и многие другие.

Нанесение спиральных выемок и выступов на внутреннюю поверхность толстостенных труб энергетических котлов показано на примере технологии компании Kimitsu Works корпорации Nippon Steel Corporation (Япония) (рис.3.40). Заданные значения внутреннего и внешнего диаметра труб, высоты (глубины), ширины и шага выступов (выемок), угла наклона торцов выступов (выемок) обеспечиваются при прохождении толстостенной трубы через фильеру заданного наружного диаметра трубы с использованием внутри трубы винтрорезной головки, позволяющей выдавливать заданный рельеф на внутренней поверхности труб.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.40. Технология нанесения спиральных выемок и выступов на внутреннюю поверхность толстостенных труб энергетических котлов (компания Kimitsu Works корпорации Nippon Steel Corporation (Япония)) Рис.3.41. Классификация производство труб (JFE Steel (Япония))

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Классификация способов производства труб различной толщины для котлоагрегатов показана на рис.3.41. на примере технологий производства горячее- и холоднокатаных и сварных труб компании JFE Steel (Япония).

Использование интенсификторов теплоотдачи в водогрейных водотрубных котлах обычно не оказывает особого влияния на изменение тепловой мощности и тепловой эффективности подобных котлоагрегатов в связи с реализацией высоких коэффициентов теплоотдачи внутри труб при течении воды.

Однако промышленность выпускает ряд котлоагрегатов средней и малой мощности, где внутри труб при течении воды используются традиционные интенсификаторы теплообмена, например скрученные ленты. Основная цель их использования в этом случае заключается не в повышении коэффициентов теплоотдачи внутри труб, а в воздействии на поток с целью его максимальной турбулизации или обеспечения макроперемешивания воды для уменьшения солеотложений и накипеобразовния.

Специалистами предприятия ПО «Уралтехмонтаж» (Россия) были разработаны и успешно внедрены котлы нового поколения «Богатырь». Данные котлы отличаются от прочих тем, что позволяют работать на обычной водопроводной воде с общей жесткостью до 10 мг/экв.л без всякой дополнительной ее обработки. Такой эффект достигается за счет искусственной закрутки воды внутри труб котла диаметром 150 мм c помощью спиральных лент и образования так называемого вихревого движения.

Водогрейные котлы со скрученными лентами марки СВК-М производства ЗАО «Буммаш–Тепловые машины» (Россия), марки КВ производства ОАО «Камбаргский завод газового оборудования» (Россия) и производства ООО Ижевский котельный завод (Россия) мощностью от 0,3 до 1,74 МВт (0,26–1,5 Гкал/час) также позволяют уменьшить требования к водоподготовке на котельной. Особенностью данных котлов является прогрессивная закрутка потока воды, при которой вода отбрасывается инерционными силами к стенкам трубы и не позволяет развиться отложениям. Водяной поток срывает стремящиеся осесть на трубе мельчайшие пузырьки воздуха, а значит, устраняет и главную причину образования накипи. Труба постоянно самоочищается, и состав воды при этом не имеет никакого значения.

В водогрейных водотрубных котлах малой и средней мощности интенсификация теплообмена осуществляется в основном с внешней стороны труб. Здесь используется развитие поверхности трубных экранов за счет различного типа оребрения, так как основная часть теплоты в котлах передается за счет радиационной составляющей.

В трубных экранах обычно используются плоские сплошные или разрезные ребра (рис.3.42 и 3.43).

Для конвективной части водогрейный котлов (экономайзеров) обычно используются различные типы внешнего оребрения – плоские и гофрированные, штырьковые и витые разрезные, спиральные и другие типы ребер.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.42. Трубные экраны водогрейного котла средней мощности с трубами, соединенными плоскими ребрами (Россия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Приведем примеры использования оребренния в конвективной части водогреных котлов.

ЗАО «Уралкотломаш» (Россия) предлагает новую конвективную поверхность нагрева взамен существующей (базовой) из труб 28х3 мм для водогрейного водотрубного котла ПТВМ-100 (рис.3.44). Разработана она на основе труб увеличенного диаметра 383,5 мм из стали марки 20. Верхний пучок конвективной поверхности для ПТВМ выполняется из труб с наружным спиральным оребрением лентой 115 мм из стали марки 08КП. Диаметр оребрения 65, шаг ребер 6,5–8 мм (в зависимости от заданной величины снижения температуры уходящих газов). Поперечный шаг в пучке – 128 мм, продольный – 42,5 мм. Нижний пучок конвективной поверхности выполняется из гладких труб. Поперечный шаг в пучке –128 мм, продольный – 29 мм.

Трубы 383,5 ввариваются в стояки из труб 834 в один ряд и образуют секции. Расположение стояков, их количество и, соответственно, количество секций (96 шт.) полностью аналогично базовой конструкции из гладких труб 283 мм. Размер конвективной части по высоте практически не изменяется.

Трубы верхней и нижней полусекций скрепляются между собой тремя рядами сварных охлаждаемых проставок длиной по 150 мм, толщиной 5 мм из стали 20, благодаря чему каждая полусекция представляет собой жесткую панель. Это предотвращает прогиб труб при эксплуатации, дает дополнительные преимущества при транспортировке и монтаже. Площадь оребренной поверхности нагрева конвективной части превосходит базовую более чем в 2 раза. Масса возрастает на 2,2–6,1 т в зависимости от шага оребрения.

Конструкция разработана совместно с кафедрой «Теплоэнергетика»

Саратовского государственного технического университета и обеспечивает в сравнении с базовой конструкцией в одинаковых габаритных размерах следующие преимущества:

• значительное (до 50°С) снижение температуры уходящих газов;

• обеспечивается экономия топлива (до 2%);

• уменьшается вероятность закупорки проходного сечения труб по воде внутренними отложениями;

• уменьшается число приварок труб к стоякам более чем в два раза;

• обеспечивается экономия труб (элементов, работающих под давлением), до 16 т;

• ослабляется процесс внутренней стояночной коррозии, благодаря лучшей дренируемости труб;

• увеличивается ресурс работы поверхности нагрева в 1,5 - 2 раза;

• срок окупаемости (в зависимости от величины снижения температуры уходящих газов и годовой наработки) – 0,8 - 1,5 года.

Предлагаемая конвективная поверхность нагрева рекомендуется для работы на природном газе как основном топливе и допускает работу на мазуте как резервном (аварийном) топливе (при условии непрерывного сжигания мазута не свыше 30 часов с последующим переходом на газ) периодически без очистки.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.44. Схема конвективной поверхности нагрева водогрейного водотрубного котла ПТВМ-100 ЗАО «Уралкотломаш» (Россия) Сравнительные характеристики гладкотрубной и интенсифицированной конвективной поверхности нагрева (КПН) для водогрейного котла ПТВМ- Наименование Размеры оребрения hрхSр,мм Количество змеевиков, шт.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Сравнительные характеристики гладкотрубной и интенсифицированной конвективной поверхности нагрева (КПН) для водогрейного котла ПТВМ- Количество труб в змеевике, шт.

шт.

Число приварок труб к стоякам, шт.

Высота поверхности h, Поверхность нагрева Fт, Масса поверхности нагрева G, т в т.ч. труб Gтр, Коэффициент эффективности Снижение температуры уходящих газов, °С Температура воды на входе t, °С Температура воды на выходе t, °С Массовая скорость воды W, кг/мс Аэродинамическое сопротивление р, Па Замена конвективной поверхности для ПТВМ новой не изменяет гидравлическую схему котла. Скорости воды в ней 1,6 м/с (нижние пакеты) и 1, м/с (верхние пакеты) обеспечивают надежное охлаждение труб. Аэродинамическое сопротивление ее примерно на том же уровне, что базовой.

Сравнительные характеристики конвективной поверхности нагрева (КПН) для водогрейного котла ПТВМ-100 показаны в табл.3.2.

Для конвективной части водогрейных котлов высокого давления используются трубы из нержавеющей или углеродистой стали со штырьковым оребрение (рис.3.45). Необходимо указать, что подобные трубы широко используются и в паровых и водогрейных жаротрубных котлах.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.45. Трубы со штырьковым оребрением для конвективной поверхности нагрева водотрубных котлов малой и средней мощности компании Tubeweld Ltd Рис.3.46. Трубы со сплошными и разрезными ребрами для конвективных частей котлоагрегатов компании Green Power Ltd (Великобритания) Компания Green Power Ltd (Великобритания) производит трубы со спиральными сплошными и разрезными ребрами для котлоагрегатов (рис.3.46). Трубы изготавливаются из углеродистой и нержавеющей стали.

Диапазон размеров труб со сплошными и разрезными спиральными ребрами:

диаметр – 25–115 мм, высота ребер – 10–25 мм, толщина ребер 0,8–2,0 мм, плотность оребрения – 60–276 ребер на метр.

Компания Fin Tube Korea Co., Ltd (Корея) выпускает медно-никелевые и медные интенсифицированные трубы (рис.3.47), в том числе внешне спирально микрооребренные трубы для кипения и конденсации, трубы с высокими внешними ребрами для котлоагрегатов и экономайзеров,.

Компания Mijineng (Корея) специализируется на выпуске внешнеоребренных труб плотностью 10 ребер на дюйм и с высотой ребер 12,5 мм для котлов и паро- и воздухоподогревателей. Трубы с оребрением изготавливаются биметаллические или монометаллические из меди и алюминия. МоноФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

металлические трубы могут иметь внутренние кольцевые выступы для интенсификации теплообмена внутри труб (рис.3.48).

Рис.3.47. Трубы для водогрейных котлов компании Fin Tube Korea Co., Ltd (Корея) Рис.3.48. Моно- и биметаллические экструдированные оребренные трубы компании Mijineng (Корея)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Для уменьшения габаритных размеров водогрейных газовых и твердотопливных котлах продолжают широко использоваться змеевиковые трубы (рис.3.49). Их использование позволяет не только создавать более компактную конструкцию за счет компоновки, но и повышать тепловую эффективность за счет интенсификации теплообмена из-за влияния инерционных сил внутри змеевиков.

3.1.3. Интенсификация теплообмена в котлах-утилизаторах и регенераторах энерготехнологических и энергосиловых установок Котлы-утилизаторы энерготехнологических и энергосиловых установок, включая котлоагрегаты и газотурбинные силовые и энергетические установки, используются для подогрева сырой воды, топлива или воздуха для горения и позволяют повысить тепловую эффективность установок.

В котлах-утилизаторах обычно используют либо прямые, либо змеевиковые трубы. Для повышения эффективности котлов-утилизаторов, используемых для подогрева сырой воды, наиболее широкое применение нашло внешнее оребрение.

При подогреве топлива или воздуха, поступающего на горение, необходимо интенсифицировать теплообмен и внутри труб. Для этих целей обычно использую поверхностные интенсификаторы теплообмена, обеспечивающие незначительное увеличение мощности на прокачку теплоносителя.

Рассмотрим пример развития интенсифицированных поверхностей теплообмена для котлов-утилизторов на примере оборудования компании FinTube Technologies, Inc (США).

На рис.3.50 показаны внешние виды прямотрубных котла-утилизатора и воздухоподогревателя и змеевикового котла-утилизатора.

С 1959 года компания FinTube Technologies, Inc (США) предлагала для производителей указанных котлов-утилизаторов стальные трубы с гладкими круговыми ребрами (рис.3.51). В отдельных случаях использовались трубы со штырьковым оребрением. С 1970 года в котлах-утилизаторах начали использовать разрезные спиральные и круговые ребра. В настоящее время данный тип оребрения оптимизирован под снижение сопротивления потоку дымовых газов. Лепестки разрезных ребер спрофилированы под низкое гидравлическое сопротивление (рис.3.51). Подобный тип оребрения получил соответствующее обозначение Aeroseg. Но для отдельных задач необходима интенсификация теплоотдачи не только снаружи труб, но и в них. В этом случае предлагается использовать трубы с внутренними спиральными выступами типа ХID (рис.3.52). Использование труб XID позволяет повысить эффективность котла-утилизатора за счет увеличения теплоотдачи в трубах на 85%.

Это позволяет уменьшить их количество и снизить стоимость котлаутилизатора на 20%.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.49. Примеры компоновок водотрубных горизонтального и вертикального котлов со змеевиковыми трубами

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.50 Прямотрубные котел-утилизатор (а) и воздухоподогреватель (в) и змеевиковый котел-утилизатор (б) компании FinTube Technologies, Inc (США)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Компания Cain Industries (США) выпускает трубы с гофрированными ребрами (рис.3.53) для систем утилизации теплоты уходящих дымовых газов.

Производятся трубы из нержавеющей стали с алюминиевыми ребрами на алюминиевом плавком припое для температур до 750°F; трубы из нержавеющей стали с ребрами из нержавеющей стали, приваренными или припаянными с использованием никелевого припоя, для температур до 1750°F;

трубы из нержавеющей стали с ребрами из углеродистой стали, приваренными или припаянными с использованием никелевого припоя, для температур до 1650°F; трубы из углеродистой стали и ребрами из углеродистой стали, приваренными или припаянными с использованием никелевого припоя, для температур до 1650°F; медные и медно-никелевые трубы с медными ребрами, приваренными или припаянными с использованием никелевого припоя, для температур до 1750°F.

Чикагский нефтяной институт (США) предлагает использовать вместо внешнего оребрения системы сферических выемок (рис.3.54) для интенсификации теплоотдачи снаружи теплообменных труб для котлов-утилизаторов в химической промышленности16. Рельеф из сферических выступов позволяет существенно повысить теплоотдачу и снизить сопротивление трубного пучка при его поперечно обтекании.

Завод имени Орджоникидзе (ЗиО) (Россия) проводит опытноконструкторские работы по разработке регенеративного воздухоподогревателя для газотурбинных установок ГПА из труб с внутренними периодически повторяющимися выступами, интенсифицирующими теплообмен внутри труб. Выступы формируются путем наружной обкатки труб специальным инструментом (рис.3.55).

По оценкам специалистов ЗиО, применение подобных труб в регенераторе типа РГУ-1800 позволит повысить степень регенерации с 0,68 до 0, при сохранении габаритов и массы; секция регенератора типа РВП-3600-02 с такими трубами станет на 5 тонн легче при сохранении степени регенрации и сопротивления. Завод производит выпуск регенераторов РВП-3600-03 для ГТК-10-4 с интенсифицированными трубами с 1998 г.

В настоящее время завод изготавливает накатные трубы со следующими характеристиками, мм: диаметр трубы 12...57, толщина стенки трубы 1,0...4,0, максимальная длина трубы 12000, глубина канавки 0,5...2,5, шаг канавок 8...40.

Возможности использования рельефов из сферических выемок в современных теплообменных аппаратах рассмотрено в монографии: Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования: Интенсификация теплообмена: монография // Под общ.

ред. Ю.Ф.Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий. 2009. 531 с.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.51. Типы оребрения, используемого в котлах-утилизаторах, компании FinTube Technologies, Inc (США): а – круговые гладкие ребра (1959 г.); б – штырьковое оребрение; в – круговые разрезные ребра (1970 г.); г – разрезные профилированные ребра Aeroseg Рис.3.52. Трубы серии XID с внутренними спиральными выступами, используемые к паровых котлоагрегатах малой мощности и котлах-утилизаторах

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.53. Трубы с гофрированными ребрами для котлов-утилизаторов компании Cain Industries (США)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

ОАО "Подольский машиностроительный завод" (Россия) является одним из ведущих предприятий России по производству теплотехнического оборудования, в том числе котлов-утилизаторов, в конструкциях которых используются оребренные трубы. Работы по созданию поверхностей нагрева из спирально-оребренных труб ведутся на заводе с начала 70-х годов, а промышленная технология, разработанная в 1979 году, прошла многолетнюю апробацию.

В настоящее время завод изготовляет оребренные трубы со сплошными или просечными ребрами (рис.3.56) параметрами, мм: диаметр трубы 22...

114, толщина стенки трубы 2...12, высота ребра 5...25, толщина ребра 0,8...2,0, шаг витков 4...15, максимальная длина трубы 21500. Для оребрения используются трубы и лента из углеродистых, низколегированных и аустенитных сталей в любой комбинации. Термический цикл сварки не изменяет прочностных свойств оребряемой трубы и не требует последующей термической обработки.

Рис.3.54. Трубы со сферическими выемками Чикагского нефтяного института (США) Рис.3.55. Теплообменные трубы с накатанными спиральными и кольцевыми выступами/выемками производства ЗиО (Россия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Подольский машиностроительный завод освоил производство труб с оребрением медной проволокой. Ребро выполняется в виде петли продольной формы и навивается на несущую трубу по винтовой спирали. Крепление петель к трубе (бандаж) осуществляется медной проволокой с последующей их пайкой специальным припоем. Исходными заготовками для производства труб с проволочным оребрением являются гладкие стандартизованные трубы из углеродистых сталей и сплавов цветных металлов (латунь, мельхиор и др.) и медная проволока по ТУ 16.К71-087-90. Технические возможности завода позволяют производить трубы с проволочным оребрением со следующими характеристиками, мм: диаметр несущей трубы 12...19, толщина стенки трубы 1,0...2,0, максимальная длина 1700 мм, диаметр оребренной трубы 32...44, высота ребра (петли) 10...15, ширина петли 3,5, диаметр медной проволоки 0,69, шаг навивки ребер (петель) 5; число петель по окружности 36...55.

Освоено также изготовление биметаллических высокоребристых труб (рис.3.56) на специальных станах холодной прокатки. Исходными заготовками для производства биметаллических труб служат гладкие трубы.

Материалом несущих (внутренних) труб могут быть нержавеющие или углеродистые стали, сплавы меди, титана и других материалов, материалом внешней трубы (ребер) - алюминий или медь. Технические возможности завода позволяют производить оребренные биметаллические трубы со следующими характеристиками, мм: диаметр несущей трубы 12...25, толщина стенки несущей трубы 1,0...2.0, максимальная длина несущей трубы 12000, максимальный наружный диаметр оребренной трубы 57, максимальная высота ребра 15, шаг ребер 2,4...5,0; коэффициент оребрения 9...20.

Рис.3.56. Ребристые трубы производства ОАО "Подольский машиностроительный завод" (Россия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Развитая поверхность теплообмена высокоребристых труб, а также труб с проволочным оребрением способствует значительному повышению эффективности теплообменных аппаратов, снижению их габаритов и металлоемкости, следствием чего является повышение их технического уровня и конкурентоспособности.

Рис.3.56 (продолжение). Ребристые трубы производства ОАО "Подольский машиностроительный завод" (Россия) 3.2. Интенсификация в теплообменном и энергетическом оборудовании 3.2.1. Интенсификация теплообмена в подогревателях топливного, пускового и импульсного газа для газоперекачивающих агрегатов Теплообменное оборудование для газоперекачивающих станций также оснащается различного типа интенсификаторами теплообмена. Так, подогреватель газа с промежуточным теплоносителем (рис.3.57) производства ДОАО "ЦКБН" ОАО «Газпром» (Россия) имеет дымогарные трубы коробчатой формы с внутренним оребрением.

Преимущества подогревателя с внутренним оребрением дымогарных труб: увеличение теплового потока с 5-10 тыс.Вт/м3 на гладкой трубе, до тыс. Вт/м3 на оребренной трубе; уменьшение длины дымогарного пучка и подогревателя на 20-25%; снижение расхода топливного газа на 10%; уменьшение вредных выбросов с дымовыми газами в окружающую среду.

Подогреватель предназначен для подогрева топливного газа на КС и ДКС, газа перед редуцированием на ГРС, а также газа на устье скважин. Подогреватель может также использоваться для нагрева других жидких и газообразных сред. Технические характеристики подогревателя: давление рабочее – до 10 МПа; максимальная температура нагрева газа – до 80°C; разность

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

температур газа между входом и выходом – от 40 до 60°C; производительность по газу – до 50000 нм3/ч.

Рис.3.57. Подогреватель топливного газа ПТПГ–30 с промежуточным теплоносителем производства ДОАО "ЦКБН" ОАО «Газпром» (Россия) Теплообменники типа "газ–газ" (рис.3.58) ДОАО "ЦКБН" ОАО «Газпром» (Россия) предназначены для охлаждения природного газа в установках НТС перед его дросселированием. Теплообменник представляет собой кожухотрубчатый аппарат с U-образными трубами, имеющими дискретные турбулизаторы. Применение дискретных турбулизаторов повышает коэффициент теплопередачи в 2 раза, что приводит в свою очередь к снижению поверхности теплообмена также в 2 раза. Аппарат имеет два хода по трубному и межтрубному пространствам. Методика гидравлического расчета теплообменников "газ-газ" с дискретными турбулизаторами ДОАО «ЦКБН» приведена в РД 0352-100-85 ОАО «Газпром».

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Технические характеристики теплообменника: рабочее давление по трубному пространству – до 16,0 МПа, по межтрубному пространству – до 8,8 МПа; температура теплоносителей – до 100°C; диаметр аппарата – до 1400 мм; диаметр труб – 20 мм; площадь поверхности теплообмена по наружному диаметру трубы – до 2740 м3.

Рис.3.58. Теплообменники охлаждения природного газа типа "газ–газ" ДОАО "ЦКБН" ОАО «Газпром» (Россия) Предприятие «РемТехКомплектСервис» ОАО «Газпром» (Россия) производит оребренные трубы для котлов-утилизаторов, подогревателей, экономайзеров, калориферов, конденсаторов воздушного охлаждения, продуктовых змеевиков, нагревательных печей, батарей отопления. Трубы изготавливаются биметаллические с различными коэффициентами оребрения (f=9,0;

14,6; 17,0; 20,0) длинной от 1 до 12 метров. Оребрение производится методом холодной поперечновинтовой прокатки биметаллических труб. Несущие трубы – углеродистые, нержавеющие, цветные. Оребрение – алюминиевое.

Также производятся трубы оребренные металлической лентой различного материального исполнения и различных диаметров – от 20 мм до 219 мм. Для процессов кипения на внешней поверхности предприятие изготавливает внешне ошипованные трубы. Изготавливаются трубы с дискретными турбулизаторами (диафрагмированные трубы) диаметром 20–25 мм.

3.2.2. Интенсификация теплообмена в подогревателях нефти Подогреватель нефти с комбинированным нагревом ПНК (рис.3.59) производства ПГ «Генерация» (Россия) предназначен для нагрева нефти различной вязкости и нефтяной эмульсии в технологии подготовки нефти на промыслах, а также при ее транспорте. Возможность подогрева продукта в подогревателе до 110°С обеспечит применение ПНК при подготовке тяжелых нефтей, а также в технологиях стабилизации нефти и газового конденсата.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Использование способов интенсификации теплообмена позволило резко сократить габариты и вес подогревателя по отношению к известным отечественным и зарубежным аналогам.

Топка представляет собой П-образную сварную конструкцию из трубы D=620 мм. Для интенсификации конвективного теплообмена в «горячей»

ветви установлены кольца-турбулизаторы, в «холодной» ветви размещен продуктовый змеевик. К емкости топка крепится с помощью фланца. Змеевик, расположенный в среде промежуточного теплоносителя, представляет собой шестисекционный пучок из труб диаметром 895 мм. Каждая секция выполнена в виде двухзаходной плоской спирали. Змеевик, размещенный в «холодной» ветви топочного устройства, представляет собой шестирядный пучок из труб диаметром 895 мм. Для интенсификации конвективного теплообмена от продуктов сгорания к нефти используется проволочная навивка на трубах.

Рис.3.59. Схема подогревателя нефти с комбинированным нагревом ПНК производства ПГ «Генерация» (Россия) 3.3. Повышение эффективности аппаратов воздушного охлаждения Аппараты воздушного охлаждения (АВО) используются в различных отраслях промышленности для охлаждения рабочих сред – масла, воды, газа.

Основными элементами конструкции АВО является трубный пучок и вентилятор (рис.3.60). Внутри трубного теплообменного пучка протекает охлаждаемая рабочая среда, снаружи – охлаждающий воздух. Вследствие особенностей теплофизических свойств воздуха и небольших скоростей обдува снаружи трубного пучка коэффициенты теплоотдачи значительно ниже, чем в трубах, вследствие чего необходима интенсификация теплоотдачи или развитие поверхности снаружи труб. В подавляющем большинстве случаев снаруФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

жи труб используется развитие поверхности за счет различный типов оребрения.

При создании АВО и теплообменных аппаратов с развитыми поверхностями используются ребристые трубы с различными типами ребер. Выбор типа ребра зависит от рабочих параметров теплоносителя (температуры поверхности теплообмена, наличия вибраций).

На рис.3.61. представлены типы промышленно выпускаемых внешне оребренных труб.

Рис.3.60. Аппараты воздушного охлаждения различных типов и назначения производства ОАО Техмашимпекс (Россия) Спирально-ребристые трубы с высоким оребрением, именуемые трубы с G-оребрение, формируются наматыванием ленты и введением ее в заранее выточенную канавку на внешней поверхности трубы, с последующим надежным закреплением с помощью обратной заливки канавки с лентой материалом оребряемой трубы. Этим обеспечивается максимальная теплопроводность при высоких температурах металла трубы. Ребра могут быть перфориФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

рованными для повышения коэффициента теплоотдачи на них. Максимальная рабочая температура этого типа оребрения равна 400–450°C. Материал оребрения обычно – алюминий или медь. Материал трубы – углеродистая сталь, хромомолибденовая сталь, нержавеющая сталь, медь, медные сплавы, и т.п.

Рис.3.60 (продолжение). Аппараты воздушного охлаждения различных типов и назначения производства ОАО Техмашимпекс (Россия)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.61. Типы промышленно выпускаемых ребристых труб: а – Gоребрение; б – L-оребрение; в – KL- оребрение; г – LL- оребрение; д – экструдированное высокое оребрение; е – намотанные круговые или спиральные гладкие или волнистые ребра с крепление пайкой (с нанесением припоям на торец ребра или на все ребро) или сваркой; ж – продольные ребра Плоские ребра с L-образным основанием насаживаются на основную трубу и подвергаются контролируемой деформации под напряжением, чем достигается оптимальное контактное давление основания ребра на оребряемую трубу и, в результате этого, высокая теплопроводность. Данный тип оребрения имеются L-оребрением. Основание ребра значительно повышает

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

защищенность основной трубы от коррозии. Максимальная рабочая температура этого типа оребрения равна 130–150°C. Материал оребрения – алюминий или медь. Материал трубы – теоретических ограничений не имеется.

Рис.3.61 (продолжение). Типы промышленно выпускаемых ребристых труб Трубы с KL-оребрением изготавливаются точно также как и с Lоребрением, однако оребряемая труба предварительно подвергается нанесению насечек перед наложением основания плоских ребер. После наложения основание ребра врезается в соответствующую насечку на оребряемой трубе, таким образом оптимизируя соединение между ребром и трубой, что обеспечивает повышенную теплопроводность. Максимальная рабочая температура этого типа оребрения равна 250–260°C. Материал оребрения – алюминий или медь. Материал трубы – теоретических ограничений не имеется.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.61 (продолжение). Типы промышленно выпускаемых ребристых труб При LL-оребрении плоские ребра изготавливаются точно также как и L-оребрение, но основания оребрения накладывается внахлест, полностью покрывая оребряемую трубу, таким образом обеспечивая исключительную коррозионную стойкость. Этот тип трубы часто используется вместо более дорогостоящего варианта – с экструдированным оребрением – в коррозийных средах. Максимальная рабочая температура этого типа оребрения равна 165–180°C. Материал оребрения – алюминий или медь. Материал трубы – теоретических ограничений не имеется.

При использовании экструдированного высокого оребрения ребра выдавлены экструзией на трубе из мягкого высокотеплопроводного металла и запрессованы на основную трубу или нанесены непосредственно на трубе из мягкого высокотеплопроводного материала. На вершинах ребер могут быть нанесены отогнутые насечки, разрезы или зубья. Различают спиральные или круговые ребра, продольные ребра. Экструдированное биметаллическое

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

оребрение обеспечивает прекрасную защиту оребренной трубы от коррозии.

Максимальная рабочая температура этого типа оребрения равна 280°C. Материал оребрения – алюминий. Материал трубы – теоретических ограничений не имеется.

Оребрение предусматривает изготовление ребер, навиваемых под напряжением вокруг оребряемой трубы. В зависиомсти от формы навиваемой ленты ребро может быть круговым или спиральным, со складкой или без.

После этого оребрение приваривается или припаивается к оребряемой трубе по концам ленты. Ребра могут держаться на трубе и за счет сил упругости. В зависимости от типа закрепления оребрения на трубе изменяется и рабочая температура использования труб с оребрением. При креплении ребер за счет сил упругости максимальная рабочая температура – 50…70°C и имеются существенные ограничения по вибрации. При креплении труб пайкой с нанесением припоя только в основание ребер рабочая температура – –100…+165°C; при нанесении припоя на все ребро максимальная рабочая температура – 165°C; при креплении оребрения сваркой максимальная рабочая температура – 350…800°C. Материал оребрения – углеродистая или нержавеющая сталь или медь. Материал трубы – углеродистая или нержавеющая сталь, медь или медные сплавы.

Продольные ребра наносятся либо экструзией на основной трубе, либо изготавливаются в виде U–образных ребер и припаиваются к основной трубе.

Существуют большое многообразие прочих видов оребрения, например проволочного, штырькового и т.д., отдельные типы которых будут рассмотрены далее.

Рассмотрим теперь конкретных производителей и типоразмеры промышленно выпускаемых ими оребренных труб.

Компания Chrystyn Ltd (США) выпускает оребренные трубы различного назначения. Изготавливаются трубы с высокими и средними волнистыми ребрами, трубы с внешним и внутренним оребрением, микрооребренные трубы.

Трубы с высокими ребрами G-типа изготавливаются из алюминия и меди. Диаметр труб – 8–50,8 мм; высота ребер – 6,2–25,4 мм; толщина ребер – 0,3–0,76 мм; плотность расположения ребер – 197–531 ребро на 1 м (5–13, ребер на дюйм, соответственно).

Основные характеристики выпускаемых экструдированных труб c высокими ребрами представлены в табл.3.3.

Основные характеристики выпускаемых экструдированных труб со средними по высоте ребрами представлены в табл.3.4. Трубы изготавливаются из меди и ее сплавов, алюминия. Плотность ребер – 10–11 ребер на дюйм.

Основные характеристики выпускаемых экструзионных труб с микроребрами представлены в табл.3.5. Трубы изготавливаются из меди и ее сплавов, алюминия. Плотность ребер – 16–40 ребер на дюйм (630–1575 ребер на метр). Материал труб – медь, медные трубы, нержавеющая и углеродистая сталь, никелевые сплавы, титан, алюминий.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Типоразмеры экструдированных труб с высокими круговыми гладкими ребрами компании Chrystyn Ltd (США) (обозначения на рис.3.62) D,мм

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.62. Схема экструдированных труб с высокими круговыми гладкими ребрами Рис.3.63. Схема экструдированных труб со средними круговыми гладкими ребрами

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Типоразмеры экструдированных труб со средними круговыми гладкими ребрами компании Chrystyn Ltd (США) (обозначения на рис.3.63) Рис.3.64. Схема экструдированных труб с микроребрами Типоразмеры экструдированных труб с микроребрами компании Chrystyn D1, мм D,мм D0, мм Dr, мм g, мм, мм l, мм L, м

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Выпускаются трубы с внешним и внутренним оребрением. Данные трубы востребованы в теплообменным устройствах, когда в трубах протекает вязкий теплоноситель, или испарителях. Трубы с двойным оребрением различаются по типам MPW, MOW и MBO. Трубы изготавливаются из алюминия и меди. Параметры труб приведены в табл.3.6–3.8.

Рис.3.65 Схема экструдированных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением типа MPW Типоразмеры экструзионных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением компании Chrystyn Ltd (США)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

Рис.3.66. Схема экструдированных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением типа MBO Типоразмеры экструдированных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением компании Chrystyn Ltd (США) Рис.3.67. Схема экструдированных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением типа MOW В ассортимент продукции компании Daikure Co., Ltd (Япония) входят биметаллические трубы с высокими спиральными (рис.3.68а), зубчатыми (рис.3.68б), круговыми (рис.3.68в) ребрами. Зубчатые ребра обеспечивают повышенный (до 15%) коэффициент теплоотдачи на внешней стороне труб.

Оребрение изготавливается из алюминия, меди и стали. Спиральные алюминиевые или медные ребра могут быть получены экструзией и запрессованы

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

на трубу (рис.3.68а). Стальные спиральные ребра наматываются на трубу из стальной ленты и привариваются (рис.3.68г).

Типоразмеры экструдированных труб с внутренним продольным и внешним спиральным оребрением компании Chrystyn Ltd (США) а – межреберное расстояние внешних ребер Рис.3.68. Типы оребренных труб компании Daikure Co., Ltd (Япония) Компания Dma GmbH (Германия) производит в ассортименте внешне оребренные трубы. Биметаллические трубы (рис.3.69а) представляют оребренные насадки на трубы из любого материала. Внешний диаметр основной трубы от 10 до 50,8 мм. Внешний диаметр ребер изменяет, соответственно,

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА

от 26 до 62 мм. Трубы из углеродистой стали имеют навитые стальные приваренные ребра (рис.3.69б). Диаметр основной трубы от 10 до 108 мм, высота ребер от 10 до 50 мм, толщина ребе от 0,3 до 1,2 мм.