Исследование процесса нагрева воды в бойлере

Исследование процесса нагрева воды при помощи теплообменника в бойлере

В этом режиме пар по паропроводу подается в пароводяной теплообменник, расположенный в нижней части бойлера №1, а конденсат самотеком стекает по обратному трубопроводу, соединенному с нижней частью корпуса парогенератор. Теплотехническая схема установки - на рисунке 13, общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 14.

Во время эксперимента измеряют линейные токи и напряжений, мощность, расход энергии, температуры воды в нижней и верхней частях бойлера, температуру и давление пара.

На рисунке 15 показана динамика изменения мощности ЭПГ и температуры воды в нижних и верхних частях бойлера.

Анализ графика мощности показывает, что в течение 10 минут после подачи пара в теплообменник мощность ЭПГ резко снижается от 25,8 до величины 2,1 кВт.

1 - парогенератор; 2- электродная система; 3 - встроенный теплообменник; 4 - подающий трубопровод; 5 - бойлер №1; 6, 7 - датчики температуры; 8 - пароводяной теплообменник; 9 - обратный трубопровод.

Рисунок 13 - Теплотехническая схема установки при нагрева воды с помощью теплообменника в бойлере

Рисунок 14 - Общий вид экспериментальной установки

Рисунок 15 - Динамика изменения мощности ЭПГ и температуры воды в нижней и верхней частях бойлера

Это объясняется резким повышением избыточного давления пара в контуре, приводящим к вытеснению котловой воды из межэлектродного пространства в вытеснительный бак. Резкое повышение давление обусловлено тем, что теплообменник не в состоянии передавать к воде тепловую мощность, равную мощности ЭПГ в начальный период.

С течением времени давление падает в результате конденсации имеющегося количества пара в теплообменника, что приводит к повторному заполнению межэлектродного пространства водой из вытеснительного бачка. Это вызывает рост мощности и увеличению количества вырабатываемого пара. Через некоторое время из-за образовавшегося дисбаланса между скорости роста мощности ЭПГ (соответственно скорости роста количества пара) и между скорости передачи теплообменником теплового потока к воде, начинается очередное повышение давление пара, и как следствие, вытеснение котловой воды и резкое снижение мощности.

Как видно из графика, изменение мощности носит колебательный характер. Причем, колебание происходит относительно некоторого среднего значения мощности ЭПГ, которое соответствует передаваемой теплообменником тепловой мощности и с течением времени постепенно снижается до минимального значения (6 кВт) в конце периода нагрева.

Для уменьшения амплитуды и частоты колебания мощности нами предложено техническое решение, заключающееся в установке обратного клапана (позиция 10 на рисунке 10) в трубопроводе, соединяющем вытеснительный бак с нижней частью парогенератора. На подвижном диске обратного диска просверлены два отверстия с небольшим диаметром. Благодаря этому, он может работать в двух направлениях. Но он в одном направлении полностью открывается под давлением вытесняемой котловой воды, ее беспрепятственно и быстро пропускает. В обратном направлении вода может пройти только через маленькие отверстия на подвижном диске. Благодаря этому, повторное заполнение водой межэлектродного пространства происходит медленно, а следовательно, мощность растет медленнее. В результате накопление избыточного количества пара и рост давления в теплообменнике происходит медленнее. Это приводит к уменьшению амплитуды и частоты колебания мощности, что и наблюдается на графике.

Из графиков на рисунке 15 видно, что за 305 минут (5,08 ч) вода в нижней части бойлера нагревается от 19,9 ⁰С до 56,2 ⁰С, а вода в верхней части - от 21,1 ⁰С до 70,2 ⁰С.

Результаты расчетов по определению основных параметров установки по данным эксперимента №1 сведены в таблицу 6.

Масса воды в бойлере: m=500 кг

Степень нагрева воды:

(16)

- средняя температура воды в бойлере в конце нагрева,⁰С;

- средняя температура воды в бойлере в начале нагрева,⁰С;

- конечная температура воды в верхней части бойлера, ⁰С;

- конечная температура воды в нижней части бойлера, ⁰С;

- начальная температура воды в верхней части бойлера, ⁰С;

- начальная температура воды в нижней части бойлера, ⁰С;

Продолжительность нагрева: τ= 305 мин (5,08 ч)

Расход электроэнергии по показанию счетчика:

ΔW_э=193,45- 152,64= 40,81 кВт·ч (17)

Средняя мощность парогенератора за период нагрева:

Р_ср= ΔW_э/ τ=40,81/5,08=8,03 кВт (18)

К.п.д установки

(19)

Удельный расход энергии

(20)

Были проведены еще 3 эксперимента по нагреву воды при помощи теплообменника в бойлере, в которых условия несколько изменились:

В эксперименте №2 вентиль на выходном патрубке вытеснительного бака был полностью открыт, в эксперименте №3 вентиль на выходном патрубке вытеснительного бака был частично открыт, в эксперименте №4 выходной патрубок вытеснительного бака был закрыт.

Опытные данные и результаты расчетов сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - Экспериментальные данные

Параметры	Опыт №1	Опыт №2	Опыт №3	Опыт №4
Масса воды в бойлере, т,кг	500	500	500	500
Начальная температура воды в нижней части бойлера, , °C	19,9	19	19	19
Начальная температура воды в верхней части бойлера, °C	21,1	19	19	19
Конечная температура воды в нижней части бойлера, °C	56,2	62,7	57,1	61,5
Конечная температура воды в верхней части бойлера, , °C	70,2	75,0	76,6	71,9
Степень нагрева воды, Δt, °C	42,7	49,85	47,85	47,7
Продолжительность нагрева, τ, мин, (ч)	305 (5,08)	373 (6,21)	476 (7,93)	353 (5,88)
Расход электроэнергии, ΔW_э, кВт·ч	40,81	45,84	43,98	45,68
Средняя за период нагрева мощность ЭПГ, Р_ср, кВт	8,03	7,38	5,54	7,77
К.п.д.	0,608	0,632	0,633	0,607
Удельный расход энергии, W_уд, кВт·ч/кг·°C	0,001911	0,001839	0,001838	0,001915
Избыточное давление, мПа	0…0, 028	0…0, 028	0…0,032	0…0, 04

Выводы. Анализ приведенных в таблице технических параметров показывает, что установка, в которой для нагрева воды используется пароводяной теплообменник в бойлере, работает при сравнительно низкой средней мощности (5,08…8,03кВт), и, как следствие, относительно долго (5,08…7,93 ч) нагревает воду в бойлере. Причиной данного недостатка является ухудшение условий теплопередачи (снижение величины передаваемого теплового потока) из-за того, что при расположении теплообменника и электродной системы на одинаковым уровне не обеспечивается полное стекание конденсата и удаление воздуха из теплообменника. Для устранения этого явления необходимо поднять бойлер на высоту не менее 1м. Однако это представляется невозможным из-за ограниченности высоты стены помещения (2,8…3м).

В связи с этим для нагрева воды представляется целесообразным использование встроенного теплообменника в парогенераторе.

Данная установка имеет сравнительно низкий к.п.д. из-за недостаточной теплоизоляции корпуса бойлера №1. Необходимо улучшить теплоизоляцию бойлера №1 или в дальнейшем использовать бойлер №2 с лучшей теплоизоляцией.

Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 405; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!