Одним из вариантов новых ресурсно- и энергосберегающих технологий на источнике тепла может стать применение трансзвукового устройства «Транссоник» (ТС), которое состоит в использовании возможностей снижения скорости звука в двухфазных потоках, например, вода - пар.
На рис. 3.10 представлена зависимость скорости звука в гомогенной двухфазной смеси от объемного соотношения фаз:
= Vг / (Vг+ Vж)
где Vг - объем газа смеси;
Vг+ Vж- объем смеси.
Скорость звука в жидкости (например, в воде при обычных условиях) достигает почти 1500 м/с, в чистом газе при тех же условиях она составляет 330 м/с. Если смешать их в соотношении 1:1, то скорость звука в такой смеси при обычных условиях будет всего около 20 м/с, что, очевидно, во много раз меньше, чем скорость звука не только в жидкости, но и в газе. Следовательно, однородная двухфазная среда более сжимаема, чем чистый газ.
На рис. 3.11 схематически показана внутренняя проточная часть ТС, а на рис. 3.12 - распределение давления внутри аппарата.
|
|
Рис. 3.10. Кривая зависимости скорости звука в гомогенной двухфазной смеси от объемного состояния фаз вода - пар
Вода
Рис. 3.11. Схема внутренней проточной части ТС
|
Рис. 3.12. Графики распределения давления внутри аппарата |
Пар, поступающий в аппарат через сопло, смешивается между сечениями II и III с водой, которая входит в кольцевое пространство. При этом на входе в цилиндрический канал образуется гомогенная двухфазная смесь, скорость течения которой выше, чем локальная скорость звука. Непосредственный переход через скорость звука в адиабатном канале постоянного сечения невозможен, поэтому возникает скачок уплотнения, вызывающий «схлопывание» пузырьков пара. После скачка уплотнения устанавливается гидродинамический режим, при котором на выходе из аппарата получается жидкость с более высокой температурой, чем на входе, если в качестве газовой фазы используется перегретый или насыщенный пар.
Когда после смешивания пара с водой возникает гомогенная двухфазная смесь, скорость которой на входе в кольцевое пространство равна 50 м/с, что во много раз меньше, чем скорость звука в паре (500 м/с) и тем более в жидкости (1500 м/с), то скорость звука в такой смеси в зоне вакуума, перед скачком давления может снизиться до 5 м/с. В этом случае число Маха М = w'/a, представляющее собой отношение скорости потока (w) к скорости звука в данном потоке (а), достигнет 10. Интенсивность скачка давления (от р1 до р2) пропорциональна квадрату числа Маха, т. е. в представленном примере давление после скачка может быть почти в 100 раз выше давления до него; реально соотношение может достигать 1000.
У аппарата ТС принципиально иная энергетика процесса. В аналогичных устройствах превращение тепловой энергии в кинетическую и, наконец, в работу сверхзвукового потока (реактивная тяга в летательных аппаратах, процессы в паровых и газовых турбинах, турбокомпрессорах) происходит традиционным путем - за счет увеличения скорости потока (числитель формулы Маха), что сопровождается большими энергетическими потерями. В ТС значение М > 1 достигается за счет уменьшения скорости звука (знаменатель в формуле Маха) при очень незначительных скоростях потока, так как затраты энергии относительно малы.
Отличительным признаком ТС в части гидродинамики является то, что давление потока на выходе аппарата может быть во много раз выше, чем давление воды и пара на входе в аппарат.
При этом, в отличие от обычных перекачивающих насосов, производительность аппарата ТС, работающего как насос, не меняется при изменении противодавления в сети. Благодаря этому ТС может быть чрезвычайно эффективно использован в качестве насоса, нагревателя (охладителя), дозатора, смесителя, пастеризатора и гомогенизатора в самых различных областях - энергетике, химии, экологии, фармацевтике и, наконец, в молочной и пищевой промышленности.
В настоящее время наибольшее распространение у нас в стране и за рубежом получило использование «Транссоника» в отопительных системах и системах горячего водоснабжения. Например, блок из четырех аппаратов ТС массой немногим более 50 кг каждый в одной из районных котельных Москвы заменил четыре более чем 1,5-тонных бойлера и три сетевых насоса суммарной массой свыше 1 т. При этом один ТС обеспечивает производительность от 60 до 260 мъ1ч, температуру на входе - до 70°С, на выходе -до 145° С, давление в обратной линии - около 0,4 МПа и в прямой - до 1 МПа.
В зимнее время достигается практически 100%-ная экономия электроэнергии (сетевые насосы работают в аварийном и пусковом режимах), в режиме частичных нагрузок может экономиться до 30% газа, так как условия работы ТС таковы, что принципиально исключают перетоки в котле из-за небаланса внешней нагрузки с тепловой мощностью источника.
Сегодня «Транссоник» успешно работает на многих крупных, средних и малых предприятиях, а также на ТЭЦ России и других стран СНГ.
В процессе эксплуатации аппараты претерпели конструктивные изменения. В результате разработчиками были предложены аппараты нового поколения, представляющие собой один тройник и имеющие в проточной части паровое сопло и конфузор. Эти аппараты получили название «Фисоник». Их практически можно встроить в любую существующую тепло-технологическую систему, имеющую самые различные значения температур и давления, так как расчет его проточной части выполняется по индивидуальным заказам. Аппараты спроектированы и изготовлены таким образом, что могут устойчиво работать во всем диапазоне расчетных параметров как теплообменники и насосы.
Теплообменник «Фисоник» является наиболее эффективным с точки зрения энерго- и ресурсосбережения по сравнению с другими известными теплообменными аппаратами. Его габариты и масса на порядок ниже других теплообменников. Длина не превышает 400 мм, диаметр равен 100 мм, масса - 52 кг.
Экономический эффект работы аппаратов определяется следующими факторами:
• уменьшением капитальных затрат по сравнению с существующими схемами;
• значительным снижением удельных затрат электроэнергии на 1 Гкал тепла, так как отпадает необходимость в использовании мощных сетевых насосов;
• сокращением удельного расхода топлива на 1 Гкал выработанного тепла для систем теплоснабжения за счет более высокого к.п.д. теплообмена по сравнению с традиционными теплообменниками;
• снижение эксплуатационных расходов, так как отпадает необходимость в ремонте теплообменников.
Применение аппаратов «Фисоник», работающих в режиме «насос-бойлер», позволяет экономить электроэнергию, так как в это время сетевые насосы не работают. Их коэффициент полезного действия составляет 99,7%, а реальный к.п.д. < 90%, поэтому расход пара при применении аппаратов «Фисоник» уменьшается на » 10% и, соответственно, снижается расход топлива. Кроме того, уменьшаются эксплуатационные расходы.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что применение технологии аппаратов «Фисоник» в тепловой схеме котельной вместо теплообменников является перспективным энергосберегающим направлением.
Срок окупаемости затрат на внедрение энергосберегающей фисоник-технологии в зависимости от типа системы, ее тепловой мощности и других особенностей составил в среднем один отопительный сезон.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему