Восстановление поверхности теплообмена в условиях ее загрязнения при конденсации парогазовой смеси

ЦЕЛЬ. Определить режим работы теплообменного аппарата, предназначенного для передачи тепла от парогазовой смеси, содержащей твердые частицы. Получить зависимость для расчета времени, через которое необходимо восстанавливать поверхность путем смывания ее водой. Провести оценочные расчеты режима работы теплообменного аппарата установленного на предприятии «ПАЛП Инвест». Повысить устойчивость работы теплообменного аппарата и снизить загрязнение окружающей среды частицами целлюлозы.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи использовались законы сохранения тепла и массы, балансовые соотношения при расчете экономических затрат.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности работы теплообменного аппарата, в котором происходит передача тепла от конденсирующейся парогазовой смеси, содержащей твердые частицы. Сделано предположение о механизме осаждения этих частиц на поверхность теплообмена. Получена зависимость, позволяющая определить время, через которое нужно восстанавливать поверхность с учетом стоимости воды и электричества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Исследования позволили предположить механизм формирования осадка на поверхности теплообмена. Выбор рационального режима эксплуатации теплообменного аппарата позволит значительно сэкономить расход воды на восстановление поверхности, а также извлечь наибольшее количество тепла из парогазовой смеси. Выброс частиц в воздушную среду может быть снижен.

1. Bansal B., Chen X.D. A critical review of milk fouling in heat exchangers // Comprehensive reviews in food science and food safety. 2006. V. 5. N2. pp. 27–33.

2. Young A., Venditti S., Berrueco C., et al. Characterization of crude oils and their fouling deposits using a batch stirred cell system // Heat Transfer Engineering. 2011. V. 32, N3-4. pp. 216–227.

3. Kilkovsky B., Stehlik P., Jegla Z., et al. Heat exchangers for energy recovery in waste and biomass to energy technologies–I. Energy recovery from flue gas // Applied Thermal Engineering. 2014. V. 64, N1-2. pp. 213–223.

4. Khazhidinova A., Stepanova O., Yermolenko M., et al. Influence of contamination of low-temperature heating surfaces of boiler on the intensity of convective heat exchange during the burning of non-design fuel // Heat Transfer Research. 2022. V. 53, N1. pp.83–96.

5. Bujak J.W. Heat recovery from thermal treatment of medical waste // Energy. 2015. V. 90. pp. 1721–1732.

6. Syrodoy S.V., Kuznetsov G.V., Gutareva N.Y., et al. The efficiency of heat transfer through the ash deposits on the heat exchange surfaces by burning coal and coal-water fuels // Journal of the Energy Institute. 2018. V. 91, N6. pp. 1091–1101.

7. Zhang Y., Du X., Yue M., et al. Heat transfer and ash deposition performance of heat exchange surface in waste incineration flue gas // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. V. 155. pp. 119691.

8. Bell I.H., Groll E.A. Air-side particulate fouling of microchannel heat exchangers: experimental comparison of air-side pressure drop and heat transfer with plate-fin heat exchanger // Applied Thermal Engineering. 2011. V. 31, N5. pp. 742–749.

9. Wallhäußer E., Hussein M.A., Becker T. Detection methods of fouling in heat exchangers in the food industry // Food Control. 2012. V. 27, N1. pp. 1–10.

10. Karlovich T.B. Heat Transfer of Circular Finned Tubes with Nonuniform Operational Fouling of the Interfin Space // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. V. 91, N5. pp. 1211–1219.

11. Davoudi E., Vaferi B. Applying artificial neural networks for systematic estimation of degree of fouling in heat exchangers // Chemical Engineering Research and Design. 2018. Vol. 130. pp. 138–153.

12. Hosseini S.B., Khoshkhoo R.H., Malabad S.M.J. Experimental and numerical investigation on particle deposition in a compact heat exchanger // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 115. pp. 406–417

13. Kapustenko P.O., Klemeš, J.J., Matsegora O.I., et al. Accounting for local thermal and hydraulic parameters of water fouling development in plate heat exchanger // Energy. 2019. V. 174. pp. 1049–1059.

14. Schnöing L., Augustin W., Scholl S. Fouling mitigation in food processes by modification of heat transfer surfaces: A review // Food and Bioproducts Processing. 2020. V. 121. pp. 1–19.

15. Siebeneck K., Lüken J., Lu Y., et al. Aging and thermal conditioning of modified heat exchanger surfaces—impact on crystallization fouling // Heat Transfer Engineering. 2017. V. 38, N7-8. pp. 818–828.

16. Liu D.Z., Jindal S., Amamcharla J., et al. Evaluation of a sol-gel–based stainless steel surface modification to reduce fouling and biofilm formation during pasteurization of milk // Journal of dairy science. 2017. V. 100. N4. pp. 2577–2581.

17. Li J., Du W., Cheng L. Numerical simulation and experiment of gas-solid two phase flow and ash deposition on a novel heat transfer surface // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 113. pp. 1033–1046.

18. Mavridou S.G., Bouris D.G. Numerical evaluation of a heat exchanger with inline tubes of different size for reduced fouling rates // International journal of heat and mass transfer. 2012. V. 55. N.19-20. pp. 5185–5195.

19. Tang S.Z., Li M.J., Wang F.L., et al. Fouling and thermal-hydraulic characteristics of aligned elliptical tube and honeycomb circular tube in flue gas heat exchangers // Fuel. 2019. V. 251. pp. 316–327.

20. Li M.J., Tang S.Z., Wang F.L., et al. Gas-side fouling, erosion and corrosion of heat exchangers for middle/low temperature waste heat utilization: A review on simulation and experiment // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 126. pp. 737–761.

21. Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Шарипов И.И., Галимова А.Р. Экспериментальное исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2021. Т. 7. № 2 (26). С. 60–74.

22. Дмитриев А.В., Зинуров В.Э., Гумерова Г.Х. Оценочный расчет процесса теплообмена в камере сгорания при сжигании природного газа // Вестник технологического университета. 2018. № 2(21). С. 99–103.

23. Зинуров В. Э., Галимова А. Р., Бадретдинова Г. Р., Санников И. В. Исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность // Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (XXI Бенардосовские чтения), посвященной 140-летию изобретения электросварки Н.Н. Бенардосом; 2-4 июня 2021 г., Иваново. С. 241–243.