МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, РАБОТАЮЩИХ В СИСТЕМАХ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА

摘要

Рассматривается оптимизация теплообменных аппаратов, используемых в системах утилизации тепла нагретых сред, уходящих из технологических установок. Такие системы широко распространены и применяются в различных отраслях: энергетике, машиностроении, черной металлургии, инженерных системах зданий. Авторы предлагают метод оптимизации, в котором используются целевые функции, учитывающие массогабаритные характеристики теплообменников, а также разницу между возвращаемым в установку теплом и тепловым эквивалентом электрической энергии, необходимой на прокачку теплоносителей через теплообменные аппараты. Независимыми переменными являются расходные теплоемкости теплоносителей. Возможные ограничения - максимальные скорости теплоносителей, обусловливающие большое гидравлическое сопротивление по тракту. Установлено, что целевые функции имеют выраженный максимум. При определенных значениях режимных параметров целевая функция приобретает отрицательные значения и применение теплоутилизаторов становится нецелесообразным. Для правильного выбора режимных параметров работы конкретного утилизатора тепла предложено использовать теплогидравлические характеристики - графики, которые отражают зависимость целевой функции от расходных теплоемкостей теплоносителей. Такие зависимости получаются в результате проведения многократных поверочных тепловых и гидравлических расчетов теплообменников. Теплогидравлические характеристики могут быть построены для каждого возможного температурного режима работы теплообменного аппарата. Они могут прилагаться к техническому паспорту устройств и позволяют определять оптимальные расходы теплоносителей, обеспечивающие наибольшую экономию энергетических ресурсов. Их можно применять также для выбора требуемого аппарата из типоразмерного ряда. Представлены теплогидравлические характеристики, рассчитанные для аппаратов наиболее распространенных конструкций: пластинчатого теплообменного аппарата с теплоносителями вода - вода, трубчатого оребренного теплообменника газ - жидкость и пластинчатого газовоздушного теплоутилизатора. Показано, что максимальное значение целевой функции при использовании одинаковых теплоносителей лежит вблизи диагонали характеристики, т.е. при примерно равных значениях расходных теплоемкостей. Показано также, что применение термодинамических критериев для оптимизации теплообменников теплоутилизационных установок не всегда целесообразно.