Главная
АИ #16 (198)
Статьи журнала АИ #16 (198)
Сравнительный анализ эксплуатационных характеристик снегоплавильных установок с ...

Сравнительный анализ эксплуатационных характеристик снегоплавильных установок с различными типами теплообменников

Автор(-ы):

Канунников Игорь Николаевич

20 апреля 2024

Научный руководитель

Шарифуллин Саид Насибуллович

Секция

Технические науки

Ключевые слова

содержание дорог и территорий
зимние осадки
интенсивность осадков
снегосвалки
транспортные заторы
экологический аспект
снегоплавильные установки
теплообменники
змеевики
жаровые трубы
экологические проблемы

Аннотация статьи

В статье рассматривается проблема содержания дорог и территорий в зимний период, особенно актуальная в условиях интенсивного выпадения снега. Автор анализирует эффективность традиционного метода вывоза снега на снегосвалки и предлагает рассмотреть возможность применения снегоплавильных установок. В статье представлены два типа теплообменных аппаратов для стационарных снегоплавильных установок: со змеевиком из стальных труб и с жаровой трубой.

Текст статьи

Одной из важнейших социальных задач муниципальных образований является содержание дорог и территорий в зимний период для исключения паралича транспортной системы и затруднительного передвижения пешеходов.

Интенсивность снежных осадков за зиму 2023/2024 года значительно превысила показатели за период 2022/2023 года, так, согласно отчету МУП «ПАД», отвечающего за содержание дорог и территорий г. Набережные Челны, на 1 марта 2024 года совершено более 74,4 тыс. рейсов и вывезено 1,3 млн. куб.м. снега, когда за аналогичный предыдущий период совершено 37,6 тыс. рейсов и вывезено 504 тыс. куб.м. снега.

Вывоз снега в городе Набережные Челны осуществлялся на несколько снегосвалок и полигонов, а именно вдоль проезда Тозелеш, в районе карьера у Элеваторной Горы и между проспектом «КАМАЗа» и Автосборочным проездом.

В прошлом году действовало всего две снегосвалки, в связи с быстрой заполняемостью, городскими властями принято решение открыть еще одну, за 52-м микрорайоном.

Вывоз снега на снегосвалки решает основную задачу, но является неэффективным по нескольким причинам:

1. Затраты на транспортировку снега

Как правило, снегосвалки располагаются за городской чертой, поэтому для доставки снежной массы из места вывоза до полигона необходимо преодолеть значительное расстояние, что обусловлено значительными финансовыми затратами.

2. Нагрузка на транспортную инфраструктуру

При обильных снегопадах вывоз снега на полигон, провоцирует образование транспортных заторов в городской черте [1].

3. Экологический аспект

В среднем содержание сульфатов в снежной массе превышает предельно допустимую концентрацию в 10 раз, хлоридов в 15 раз, концентрация токсичных металлов, таких как железо, литий, цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, кадмий в 1,5 до 330 раз.

Таким образом, традиционный метод уборки снежной массы с городских пространств является устаревшим и все больше получает распространение применение снегоплавильных установок.

Существует множество видов снегоплавильных установок, в данной статье рассмотрим два варианта исполнения теплообменных аппаратов стационарных снегоплавильных установок, а именно с использованием змеевика из стальных труб и жаровой трубы.

Змеевик из стальных труб

Для снегоплавильной установки производительностью 40 куб.м/ч был рассчитан теплообменный аппарат, выполненный из стальной трубы в виде змеевика, представленный на рисунке 1.

image.png

Рис. 1. Теплообменник стационарной снегоплавильной установки на органическом топливе

Змеевик имеет 4-секции, каждая по 20 м, диаметр витка 0,8 м. По змеевику движется теплоноситель на основе этиленгликоля с температурой на входе в установку 90 ⁰С и на выходе 40 ⁰С. Нагрев этиленгликоля осуществляется в газовом котле мощностью 1,2 МВт. Расчет основных параметров теплообменника приведен в таблице 1.

Таблица 1

Расчет параметров змеевикового теплообменника

Наименование параметраГреющая среда (этиленгликоль)Нагреваемая среда (снег-вода)
Средняя температура, °С658,2
Расход, image.png5,373,33
Плотность, image.png980,6999,9
Кинематическая вязкость, image.png0,4471,306
Теплопроводность, image.png0,6640,574
Теплоемкость, image.png4,1824,190
Критерий Прандтля для среды, image.png2,749,52
Средняя скорость, image.png1,5-
Число Рейнольдса120469,80-
Критерий Рэлея-5485543,11
Число Нуссельта346,0126,13
Коэффициент теплоотдачи, image.png6399,741014,11
Коэффициент теплопередачи, image.png121,33
Площадь поверхности теплообмена, image.png118

Приведенная конструкция теплообменника имеет ряд недостатков. Во-первых, в связи с малым коэффициентом теплопередачи, площадь поверхности теплообменного аппарата получается большой, что приводит к необоснованному увеличению массогабаритных характеристик установки. Во-вторых, исполнение змеевика выполнено из нестандартных изделий, что затрудняет его массовое производство.

Рассмотрим вариант использования в качестве теплообменника жаровую трубу.

image.png

Рис. 2. Теплообменник – жаровая труба стационарный снегоплавильной установки

Конструкция снегоплавильной установки с жаровой трубой (рисунок 2) имеет сходство с жаротрубным котлом. В качестве теплообменного аппарата выступает жаровая труба, диаметром 400 мм и длиной 3 м. После поворотной камеры продукты сгорания попадают в дымогарные трубы первого хода, которые выполнены из стальных труб диаметром 60 мм и длиной 2,8 м, расположенные вокруг жаровой трубы в количестве 20 шт. Аналогично расположены и дымогарные трубы диаметром 89 мм третьего хода.

Тепловой расчет жаротрубного котла обычно разделяют на две составляющие – это расчет топки и расчет пучка дымогарных труб. Это вызвано тем, что эти части имеют различные геометрические параметры, а теплообмен между продуктами сгорания и стенками котла имеет различный характер – в топке это, преимущественно, излучение, а в пучке дымогарных труб конвекция. Расчет теплообмена в топке жаротрубного котла основывается на нормативном методе теплового расчета котельных агрегатов [2]. В таблице 2 приведены результаты расчета площадей основных поверхностей теплообмена снегоплавильной установки путем применения нормативного метода теплового расчета жаровых котлов.

Таблица 2

Площади поверхностей теплообмена в жаровой трубе

Наименование параметраЗначение

Площадь лучевоспринимающей поверхности топки, м2

3,77

Площадь лучевоспринимающей поверхности дымогарных труб второго хода, м2

10,56

Площадь лучевоспринимающей поверхности дымогарных труб второго хода, м2

15,64

Общая площадь поверхностей теплообмена, м2

29,97

Общая площадь поверхностей теплообмена при использовании жаровой трубы в 3,94 раза меньше, чем площадь поверхностей теплообмена змеевикового теплообменника, что указывает на лучшие массогабаритные характеристики жаровой трубы в качестве теплообменника для снегоплавильной установки.

Список литературы

  1. Кетов К.Д. Применение снегоплавильных установок с учетом их конструктивных особенностей. Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия.
  2. Кузнецов Н.В., Митор В.В., Дубровский И.Е., Карасина Э.С. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1973. 296 с.

Поделиться

284

Канунников И. Н. Сравнительный анализ эксплуатационных характеристик снегоплавильных установок с различными типами теплообменников // Актуальные исследования. 2024. №16 (198). Ч.I.С. 35-38. URL: https://apni.ru/article/9047-sravnitelnyj-analiz-ekspluatacionnyh-harakteristik-snegoplavilnyh-ustanovok-s-razlichnymi-tipami-teploobmennikov

Другие статьи из раздела «Технические науки»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#25 (207)

Прием материалов

15 июня - 21 июня

осталось 4 дня

Размещение PDF-версии журнала

26 июня

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

5 июля