1 rosenergoatom.ru Электрокалорифер промышленного назначения II Международная конференция «Энергетическая и экологическая безопасность новый приоритет государственной политики» Докладчик: д-р техн. наук Стулов В.В. Санкт-Петербург, 16 мая, 2013 ОАО «ЭНИЦ»

2 rosenergoatom.ru Внешний вид

3 rosenergoatom.ru Схема установки

4 rosenergoatom.ru Недостатки существующих в настоящее время сушильных установок Содержащих электрокалорифер и паровой калорифер: низкий срок службы электрических нагревателей (ТЭН) по причине их перегрева; ограничение плотности тепловыделения ТЭН (< 5 Вт/см 2 ); окисление поверхностного слоя металла ТЭН; недостаточная поверхность теплообмена ТЭН; потери тепла электроэнергии 15 % и более; возможность возгорания рециркулирующей газовоздушной смеси. Для парового калорифера: сравнительно большая длина паропроводов от котельной и затраты на их обслуживание; потери тепла с паром и конденсатом (более 20 %) в зимний период.

5 rosenergoatom.ru Преимущества новой конструкции калорифера Увеличение срока службы ТЭН в 5–7 раз; возможность использования индукционного нагрева для нагревательных устройств; увеличение внешнего теплообмена между оребренной поверхностью нагревательных элементов и воздухом в 3–5 раз вследствие увеличения поверхности теплообмена в 5,5–16 раз; уменьшение электрической мощности электродвигателя вентилятора до 50 %; уменьшение потерь электроэнергии на термическое сопротивление нагревателей (до 10%). повышение эффективности теплообмена внутри нагревательных элементов в 1,5–2 раза по сравнению с паровым калорифером; возможность регулирования в более широких пределах подводимой электрической мощности и температуры нагреваемого воздуха; повышение надежности и срока службы калорифера более, чем в 2 раза.

6 rosenergoatom.ru Параметры секции теплообменника Рис. 1. Параметры секции теплообменника: а – главный вид, б – вид сбоку; 1 – нагревательный блок; 2 оребренная стальная труба; 3 алюминиевое оребрение; 4 коллектор; 5 кожух. Параметры секции из 10 оребренных труб на рис. 1 следующие, мм: d 1 = 28; d 2 = 32; d 3 = 40; d 4 = 50; d 5 = 28; h = 5; р = 1; b 1 = 5,3; l 1 = 600; l 2 = 700; S 1 = 60; L = 590; D = 90; H = 800; b 2 =

7 rosenergoatom.ru Результаты испытаний 1 секции калорифера Зависимости температур поверхности труб предварительно разогретой секции из 9 труб и температуры выходящего воздуха от времени при мощности электрических нагревателей 11,5 кВт. Рис. 2. Зависимости температур поверхности труб предварительно разогретой секции из 9 труб и температуры выходящего воздуха от времени при мощности электрических нагревателей 11,5 кВт: 1 температура поверхности в верхней части трубы 9; 2 температура поверхности нагревательного блока; 3 температура поверхности в верхней части трубы 1 по ходу воздуха; 4 температура охлаждающего воздуха.

8 rosenergoatom.ru Результаты испытаний электрокалорифера мощностью 40,5 кВт (9 секций) Рис. 3. Зависимости температур оребренных труб секций электрокало- рифера мощностью 40,5 кВт и температуры выходящего воздуха при одновременном включении нагрева- тельных блоков секций и вентилятора: секции 19 по 4,5 кВт; 1, 2 секция 9; 3, 4 секция 8; 5, 6 секция 4; 7, 8 секция 1; 1, 3, 5, 7 температура нагревательных блоков; 2, 4, 6, 8 температура трубы в верхней части секции; 9 температура выходящего воздуха; 10 температура входящего воздуха.

9 rosenergoatom.ru Результаты испытаний электрокалорифера мощностью 50,5 кВт (9 секций) Рис. 4. Зависимости температур оребренных труб секций электрокалорифера мощностью 50,5 кВт и температуры выходящего воздуха от времени при одновременном включении нагревательных блоков секций и вентилятора: секции 15 по 6,5 кВт; секции 69 по 4,5 кВт; 1, 2 секция 9; 3, 4 секция 8; 5, 6 секция 4; 7, 8 секция 1; 1, 3, 5, 7 температура трубы в верхней части секции; 2, 4, 6, 8 температура нагревательных блоков; 9 температура выходящего воздуха; 10 температура входящего воздуха.

10 rosenergoatom.ru Себестоимость изготовления 1 нового электрокалорифера (тыс. руб.) 1. Сырье и материалы: Основная З/П рабочих при трудоемкости изготовления установки (640 час.):75 3. Дополнительная з/п и отчисления (50 %):37,5 4. Топливо и электроэнергия на технологические нужды (40–51 кВт):75 5. Амортизационные отчисления:50 6. Цеховые расходы (100 % от основной з/п):75 7. Цеховая себестоимость изготовления электрокалорифера:312–600

11 rosenergoatom.ru Экономическое обоснование замены существующего парового калорифера 1.Производительность, кВт 30; 2.Расход пара, кг/час 48; 3.Температура пара, °С 160–180; 4.Температура конденсата, °С 100; 5.Потери тепла конденсата (30 % в сутки), мДж 58,2; за год (2904 час), гДж 14,08; 5.1. Потери тепла конденсата (100 %) за год, гДж 45; 6.Тепловые потери в паропроводе (10 %) за год, гДж 31,36; 7.Общие потери тепла за год, гДж 45,4–76; 8.Дополнительное сгорание мазута за год, кг 1250–1800; 9.Стоимость мазута за год из расчета 30 кВт мощности, тыс. руб. 12–18; 10.Стоимость потерь из расчета 240 кВт мощности электрокалорифера (за год), тыс. руб. 96–144; 11.Экономия на ремонте паропроводов (материалы, з/п сварщика, слесаря, экскаваторщика за 20–30 дней), тыс. руб. 100; 12.Всего, тыс. руб. 196–244.

12 rosenergoatom.ru Экономическое обоснование замены существующего электрокалорифера на ТЭНах 1. Электрическая мощность калорифера, кВт 60; 2. Число ТЭН 30 шт.; 3. Цена ТЭН, руб./шт. 500–750; 4. Срок эксплуатации на воздухе, час 750–1500; 5. Время работы за год, час 2904; 6. Затраты на замену ТЭН в 1 электрокалорифере, тыс. руб./год 40–45; 7. Затраты на замену ТЭН в 4 калориферах (240 кВт), тыс. руб./год. 160–180; 8.Потери энергии на термическом сопротивлении и при окислении ТЭН (10%), кВт·час/год ; 9.Затраты на потери электроэнергии, тыс. руб./год ; 10. Итого, тыс. руб./год: 368,5–388,5.

13 rosenergoatom.ru Новая конструкция электрокалорифера 1. Число ТЭН 20 шт.; 2. Цена за 1 ТЭН, руб. 1500–2000; 3. Срок службы ТЭН, год 3; 4. Экономия на ТЭНах, тыс. руб./год 150–180; 5. Уменьшение мощности привода двигателей вентилятора (на 0,8–1,6 кВт); 6. Экономия электроэнергии 2323–4600 кВт·час (в год); 7. Цена электроэнергии, руб./кВт·час 2,8–3,2; 8. Экономия электроэнергии на привод, тыс. руб. 13,8; 9.Экономия электроэнергии (10%) на термическом сопротивлении нагревателей, кВт·час/год ; 10. Экономия электроэнергии на уменьшении термического сопротивления нагревателей, тыс. руб ; 11. Итого, тыс. руб./год: 372–402.

14 rosenergoatom.ru Техническое обоснование (новый электрокалорифер) 1.Габариты (длина, ширина, высота), мм: 1800 х 950 х Масса, кг: 200– Расход воздуха, м 3 / час: 1500– Подводимая электрическая мощность, кВт: 60– Диапазон рабочих температур воздуха, °С: 60– Срок службы ТЭН и по герметичности секций, год: 3; Тепловой поток, отводимый от 1 секции, кВт: 6–20. 8.Поверхность теплообмена 1 секции (10 труб), м 2 : 2–2,2. 9.Поверхность теплообмена калорифера (10 секций), м 2 : 20– Температура на поверхности нагревательного элемента, °С: 300– Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности оребренных труб, Вт/(м 2 К): 38– Температура на наружной поверхности труб (макс.), °С: 200– Коэффициент теплоотдачи теплоносителя внутри труб, Вт/(м 2 К): кн = 10425; к =

15 rosenergoatom.ru Существующий электрокалорифер на ТЭНах 1. Поверхность теплообмена 1 неоребренного ТЭН, м 2 : 4,02· Поверхность теплообмена 1 оребренного ТЭН, м 2 : 0,1. 3. Поверхность теплообмена калорифера (30 ТЭН, 60 кВт), м 2 : 1,2–3. 4. Температура на поверхности нагревательного элемента, °С: 500– Необходимый коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 К): 40– Скорость воздуха (min), м/с: 5.

16 rosenergoatom.ru Сравнительные характеристики калориферов мощностью (60 х 4) кВт Параметры Един. Измер. Существ. паровой Существ. на ТЭНах Новый с нагреват. блок. 1. Габариты (L x B x H) м (1,5 х 4)х 1,5х1,5 (0,8х4)х 1х1,3 (1,8-2,5)х1х1,25 2. Масса/кВт мощн.кг/кВт31–1,41–2,5 3. Расход воздухатыс.м 3 /час4-612–186–12 4. Поверхность теплообмена м 2 50– Диапазон рабочих температур 0С 0С 50–120 50–150 50– КПД%40–6070–8585–95 7. Мощность электродвигателя вентилятора кВт 1,5х2 2,5х2 1,5х2 8. Температура на поверхности нагревательных элементов 0С 0С – 500– – Температура на наружной поверхности труб 0С 0С 130–150 – 200– Скорость воздухам/с3–53–57–104–64–6 11. Срок службы электр. нагревательных элементов год _ 0,25-0,5 1,5–3 12. Срок службы конструкции в целом год –12

17 rosenergoatom.ru Экономические показатели эксплуатации калориферов с мощностью 240 кВт в год п/п Параметры Един. измерен. Сущест. паровой Сущест. на ТЭНах Новый с нагрев. блоками 1. Тепловые потери: конденсата пара гДж 110– _ _ 2. Стоимость тепловых потерь тыс. руб. 96–144__ 3. Эксплуатационные затраты тыс. руб.90–100180–210 15–20 4.Расход электроэнергиикВт. час Стоимость электроэнергии тыс. руб Итого, стоимость затрат тыс. руб.196–

18 rosenergoatom.ru Анализ результатов испытаний калорифера на термосифонах показал следующее: 1.Увеличение срока службы электрических нагревательных устройств в 5–7 раз по причине исключения их перегрева. 2.Увеличение внешнего теплообмена между оребренной поверхностью термосифонов и воздухом в 3–5 раз по причине увеличения поверхности теплообмена в 5,5–16 раз при одинаковой подводимой электрической мощности. 3.Уменьшение потерь электроэнергии на термическое сопротивление нагревателей (до 10%). 4.Уменьшение электрической мощности электродвигателя вентилятора до 50 % по причине возможности уменьшения скорости воздуха без опасения перегорания электрических нагревателей. 5.Повышение эффективности теплообмена в 1,5–2 раза внутри труб по сравнению с паровым калорифером. 6.Возможность регулирования в более широких пределах подводимой электрической мощности и температуры нагреваемого воздуха. 7.Повышение надежности работы и срока службы калорифера в 2 раза. Выводы