Повышение эффективности регенеративных теплообменников выпарных установок
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-1-61-67Ключевые слова:
выпарные установки, теплообменные аппараты, кавитационно-вихревой теплообменник, черный щелок, сульфатное производствоАннотация
Рассмотрен вопрос повышения энергетической эффективности работы выпарных станций целлюлозного производства.
Приведен обзор и дан анализ существующих технических решений, позволяющих обеспечить стабильную работу теплообменников выпарных установок.
Предложена конструкция кавитационно-вихревого теплообменника (КВТ), состоящего из вихревой циклонной камеры и спирального стабилизатора потока. Цилиндрическая вихревая камера оборудована двумя тангенциальными патрубками для подачи черного щелока под давлением 0,2…0,25 МПа и температурой 70 °C. Внутри нее расположены две полые кавитирующие лопатки, снабженные отверстиями для выхода пара. Греющий пар с параметрами 0,3…0,4 МПа и 140 °C подается в аппарат от паровой системы через впускной патрубок в лопатки, после чего через отверстия попадает в камеру.
Описана методика конструктивного расчета КВТ, разработанная авторами.
Результаты поверочных расчетов выпарной установки Архангельского целлюлозно-бумажного комбината до и после внедрения в схему КВТ показали, что удельный расход пара уменьшился на 3,5%, при этом производительность не изменилась.
Проведенные испытания КВТ данной конструкции подтвердили целесообразность их применения для подогрева черного щелока в составе выпарных станций. Использование таких КВТ в технологическом процессе обеспечивает равномерный нагрев щелока до заданной температуры и препятствует образованию отложений в аппарате благодаря кавитационному эффекту.
Библиографические ссылки
1. Жучков П.А. Тепловые процессы в целлюлозно-бумажном производстве. М.: Лесная промышленность, 1978.
2. Park J. e. a. Optimal Operation of the Evaporator and Combustion Air Distribution System in a Pulp Mill to Maximize Biomass Recycling and Energy Efficiency // J. Cleaner Production. 2022. V. 367. P. 133048.
3. Cantrell Ja.G. Black Liquor Evaporator Upgrades — Life Cycle Cost Analysis // Tappi J. 2021. V. 20(3). Pp. 208—221.
4. Софронова Е.Д., Липин В.А. Современные технологии в целлюлозной промышленности // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. № 223. С. 267—284.
5. Казаков В.Г., Луканин П.В., Громова Е.Н. Выпаривание растворов целлюлозного производства. СПб: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2022.
6. Луканин П.В. Оценка энергетической эффективности производства сульфатной целлюлозы методом приращения эксергий // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2020. № 2. С. 3—11.
7. Еремеев Д.Н., Груздев С.В. Оценка эффективности работы теплообменников // Сталь. 2020. № 9. С. 67—72.
8. Геллер Ю.А., Шацких Ю.В. Анализ показателей энергетической эффективности регенеративных теплообменных аппаратов // Энергосбережение и водоподготовка. 2022. № 6(140). С. 34—41.
9. Yu. Yue e. a. Experimental Research on Falling Film Flow and Heat Transfer Characteristics Outside the Vertical Tube // Appl. Thermal Eng. 2021. V. 199. P. 117592.
10. Пат. № 88785 РФ. Теплообменник / Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С., Копытов Г.Г. // Бюл. изобрет. 2009. № 10.
11. Плотникова Л.В., Калинина М.В., Ваньков Ю.В. Системный подход к повышению эффективности энергетического комплекса целлюлозно-бумажного производства. СПб.: Наукоемкие технологии, 2025.
12. Бойков Л.М., Нечаев Н.С. Теплотехника целлюлозно-бумажного производства. Теплоэнергетические и теплотехнологические установки. СПб.: ВШТЭ, ГУПТД, 2017.
13. Gong L., Sun G., Guo Y., Shen S. Parametric Distribution of the Condensation and Evaporation Processes in Horizontal Tube Falling Film Evaporator // Appl. Thermal Eng. 2019. V. 162. P. 114103.
14. Боровкова Э.В., Пантюхина Е.В., Пантюхин О.В. Анализ влияния параметров продукта на поверхность теплопередачи выпарного аппарата // Известия Тульского гос. ун-та. Серия «Технические науки». 2018. № 2. С. 346—350.
15. Dubey N., Kumar M. CFD Analysis of Fluid Flowing Through a Heat Exchanger Tube Having a Twisted Tape with a Centrally Placed Semi-circular Groove // Intern. J. Sci. and Research. 2017. V. 6(6). Pp. 2200—2207.
16. Суслов В.А. Некоторые условия для эффективного выпаривания пенообразующих растворов в целлюлозно-бумажном производстве // Промышленная энергетика. 2022. № 1. С. 28—34.
17. Пат. № 176732 РФ. Кавитационно-вихревой теплообменник / Тарасовский В.Г., Казаков В.Г., Чайка М.Н., Светличная О.А. // Бюл. изобрет. 2018. № 3.
18. Донцов А.Г. и др. Влияние ультразвуковой кавитации на реакционную способность лигноцеллюлозных субстратов при биоконверсии растительной биомассы // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 39. № 9. С. 52—57.
19. Пат. № 139592 РФ. Выпарная установка / Луканин П.В. и др. // Бюл. изобрет. 2014. № 11.
20. Суслов В.А. Рекомендации к тепловому расчету выпарного аппарата, работающего в режиме «падающая плёнка» // Промышленная энергетика. 2020. № 9. С. 27—32.
---
Для цитирования: Казаков В.Г., Громова Е.Н., Максимов В.С. Повышение эффективности регенеративных теплообменников выпарных установок // Вестник МЭИ. 2026. № 1. С. 61—67. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-1-61-67
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Zhuchkov P.A. Teplovye Protsessy v Tsellyulozno-bumazhnom Proizvodstve. M.: Lesnaya Promyshlennost', 1978. (in Russian).
2. Park J. e. a. Optimal Operation of the Evaporator and Combustion Air Distribution System in a Pulp Mill to Maximize Biomass Recycling and Energy Efficiency. J. Cleaner Production. 2022;367:133048.
3. Cantrell Ja.G. Black Liquor Evaporator Upgrades — Life Cycle Cost Analysis. Tappi J. 2021;20(3):208—221.
4. Sofronova E.D., Lipin V.A. Sovremennye Tekhnologii v Tsellyuloznoy Promyshlennosti. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy Lesotekhnicheskoy Akademii. 2018;223:267—284. (in Russian).
5. Kazakov V.G., Lukanin P.V., Gromova E.N. Vyparivanie Rastvorov Tsellyuloznogo Proizvodstva. SPb: Izdatel'sko-poligraficheskaya Assotsiatsiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy, 2022. (in Russian).
6. Lukanin P.V. Otsenka Energeticheskoy Effektivnosti Proizvodstva Sul'fatnoy Tsellyulozy Metodom Prirashcheniya Eksergiy. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2020;2:3—11. (in Russian).
7. Eremeev D.N., Gruzdev S.V. Otsenka Effektivnosti Raboty Teploobmennikov. Stal'. 2020;9:67—72. (in Russian).
8. Geller Yu.A., Shatskikh Yu.V. Analiz Pokazateley Energeticheskoy Effektivnosti Regenerativnykh Teploobmennykh Apparatov. Energosberezhenie i Vodopodgotovka. 2022;6(140):34—41. (in Russian).
9. Yu. Yue e. a. Experimental Research on Falling Film Flow and Heat Transfer Characteristics Outside the Vertical Tube. Appl. Thermal Eng. 2021;199:117592.
10. Pat. № 88785 RF. Teploobmennik. Kazakov V.G., Lukanin P.V., Smirnova O.S., Kopytov G.G. Byul. Izobret. 2009;10. (in Russian).
11. Plotnikova L.V., Kalinina M.V., Van'kov Yu.V. Sistemnyy Podkhod k Povysheniyu Effektivnosti Energeticheskogo Kompleksa Tsellyulozno-bumazhnogo Proizvodstva. SPb.: Naukoemkie Tekhnologii, 2025. (in Russian).
12. Boykov L.M., Nechaev N.S. Teplotekhnika Tsellyulozno-bumazhnogo Proizvodstva. Teploenergeticheskie i Teplotekhnologicheskie Ustanovki. SPb.: VShTE, GUPTD, 2017. (in Russian).
13. Gong L., Sun G., Guo Y., Shen S. Parametric Distribution of the Condensation and Evaporation Processes in Horizontal Tube Falling Film Evaporator. Appl. Thermal Eng. 2019;162:114103.
14. Borovkova E.V., Pantyukhina E.V., Pantyukhin O.V. Analiz Vliyaniya Parametrov Produkta na Poverkhnost' Teploperedachi Vyparnogo Apparatа. Izvestiya Tul'skogo Gos. Un-ta. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2018;2:346—350. (in Russian).
15. Dubey N., Kumar M. CFD Analysis of Fluid Flowing Through a Heat Exchanger Tube Having a Twisted Tape with a Centrally Placed Semi-circular Groove. Intern. J. Sci. and Research. 2017;6(6):2200—2207.
16. Suslov V.A. Nekotorye Usloviya dlya Effektivnogo Vyparivaniya Penoobrazuyushchikh Rastvorov v Tsellyulozno-bumazhnom Proizvodstve. Promyshlennaya Energetika. 2022;1:28—34. (in Russian).
17. Pat. № 176732 RF. Kavitatsionno-vikhrevoy Teploobmennik. Tarasovskiy V.G., Kazakov V.G., Chayka M.N., Svetlichnaya O.A.. Byul. Izobret. 2018;3. (in Russian).
18. Dontsov A.G. i dr. Vliyanie Ul'trazvukovoy Kavitatsii na Reaktsionnuyu Sposobnost' Lignotsellyuloznykh Substratov pri Biokonversii Rastitel'noy Biomassy. Butlerovskie Soobshcheniya. 2014;39;9:52—57. (in Russian).
19. Pat. № 139592 RF. Vyparnaya Ustanovka. Lukanin P.V. i dr. Byul. Izobret. 2014;11. (in Russian).
20. Suslov V.A. Rekomendatsii k Teplovomu Raschetu Vyparnogo Apparata, Rabotayushchego v Rezhime «Padayushchaya Plenka». Promyshlennaya Energetika. 2020;9:27—32. (in Russian)
---
For citation: Kazakov V.G., Gromova E.N., Maksimov V.S. Improving the Efficiency of Evaporation Plant Regenerative Heat Exchangers. Bulletin of MPEI. 2026;1:61—67. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-1-61-67
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
