Анализ теплогидравлических параметров конденсатора-теплообменника пиролизной биоэнергетической установки

Аннотация

Актуальность: современное развитие биоэнергетики обусловлено поиском устойчивых и экологически чистых источников энергии. Процессы пиролиза биомассы представляют особый интерес, так как они позволяют не только утилизировать отходы сельского хозяйства и древесины, но и получать ценную продукцию в виде топлива, тепла и химических соединений. Одним из ключевых звеньев пиролизных установок является конденсатор-теплообменник, обеспечивающий эффективную конденсацию парогазовой смеси и рекуперацию теплоты. От качества его работы зависит энергетическая эффективность установки, а также стабильность и безопасность технологического процесса. В условиях возрастающих требований к энергосбережению, минимизации выбросов и повышению надёжности оборудования исследование теплогидравлических процессов в конденсаторах становится особенно актуальным. Данный анализ позволяет обосновать оптимальные режимные параметры, повысить коэффициент теплопередачи и снизить гидравлические потери, что в конечном счёте способствует созданию более эффективных и экологически ориентированных биоэнергетических технологий.

Цель: анализ теплогидравлических характеристик конденсатора-теплообменника пиролизной биоэнергетической установки с учётом фазовых переходов парогазовой смеси. Работа направлена на обоснование оптимальных режимных параметров и повышение эффективности теплообмена при одновременном снижении гидравлических потерь.

Методы: использованы аналитические методы расчёта, эмпирические зависимости, корреляции Xin–Ebadian, методы регрессионного анализа, экспериментальные измерения с применением термопар, манометра и пирометра, а также численное моделирование в среде COMSOL Multiphysics.

Результаты: установлено, что коэффициент теплопередачи конденсатора значительно зависит от массового расхода охлаждающей воды и температурного напора между парогазовой смесью и теплоносителем, при увеличении расхода воды коэффициент теплопередачи возрастает с 165,7 до 193,3 Вт/м²·К, расчётные данные хорошо совпадают с экспериментальными результатами, а карты зон активной конденсации показали, что наибольшая интенсивность теплообмена наблюдается у входа парогазовой смеси с постепенным снижением вдоль длины змеевика, что позволяет обосновать рациональные параметры конструкции и режимов работы конденсатора.