Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. I.A. Sysoev et al. Experimental model … 2018 № 2 (38) p. 83-88 84 предприятиях технологический процесс связан с выбро- сом высокотемпературных газов в окружающую среду. Увеличить работоспособность и уменьшить затраты на эксплуатацию газоочистных установок (ГОУ) можно за счет снижения температуры технологических газов, так как при охлаждении отходящих газов происходит умень- шение их физических объемов [6]. Одним из самых эффективных решений для утилиза- ции тепла газов является применение теплообменных аппаратов [7–18]. Преимуществом данной технологии является рекуперация тепловой энергии, что позволяет добиться большей энергоэффективности производства за счет нагрева воды на производственные нужды, для ото- пления, производства электроэнергии, предварительного нагрева глинозема или обожженных анодов [19–25]. В результате проработки конструктивных особен- ностей разрабатываемого авторами работы теплооб- менного аппарата было определено, что большей эф- фективности утилизации тепловой энергии газов мож- но достичь за счет использования принципа термоэлек- трического преобразования (ТЭП). Термоэлектриче- ский преобразователь представляет собой полупровод- никовый генератор, вырабатывающий электрический ток за счет разницы температур на его противополож- ных поверхностях. В настоящей работе представлены результаты исследований процессов термоэлектриче- ского преобразования на экспериментальной модели газохода. Описание оборудования и материалов для про- ведения исследований процессов термоэлектриче- ского преобразования. Для проведения исследований оптимальных режимов работы ТЭП и создания экспе- риментальных условий необходимо было создать мо- дель участка газохода с диапазоном температуры на поверхности от 100 до 200 °С, обеспечить источником охлаждения с температурой от 30 до 80 °С для задания разности температур между поверхностями термоэлек- трического модуля. Для этого были подобраны сле- дующие комплектующие: – технический фен Bosch GHG 660 с возможностью формирования скорости потока с температурой от 50 до 660 °С; – измеритель скорости потока воздуха (анемометр) Testo 410-2; – 8-канальный измеритель температуры ОВЕН; – высокоточный стационарный цифровой мульти- метр UTM 1804; – цифровой термометр; – комплектующие для радиатора охлаждения ТЭП; – прочие вспомогательные устройства: узлы креп- ления системы, электропроводка, система водопитаю- щих и водоотводящих шлангов. Описание экспериментальной модели для иссле- дования процессов ТЭП. Участок системы газохода, на который планируется размещать термоэлектриче- ский преобразователь, представляет собой трубу из стали толщиной 3 мм, по которой движется газ с тем- пературой 150–200 °С. Эти условия являются стацио- нарным режимом работы данного участка газохода. Экспериментальная модель газохода была изготовлена из стальной трубы сечением 50х50 мм, длиной 700 мм и толщиной стенок 3 мм, в которую направлялся поток горячего воздуха, отходящий от технического фена. Сопло фена располагалось горизонтально на входе в стальную трубу газохода. Путем корректировки темпе- ратуры подачи горячего воздуха техническим феном в участок газохода и регулировки заслонки, установлен- ной на выходе из газохода, удавалось стабилизировать температуру наружной поверхности стенки газохода в диапазоне от 100 до 220 °С со скоростью газового по- тока порядка 9 м/с. Для обеспечения необходимой разности температур и съема тепла с термоэлектрического модуля использо- вались специально изготовленные стальные радиаторы с водяным охлаждением, обеспечивающие снижение температуры поверхностей термоэлектрических моду- лей до необходимых значений. Радиаторы при помощи сантехнической арматуры подключались к системе водоснабжения лаборатории. Для подачи (отключения) теплоносителя были установлены шаровые краны, а для настройки скорости потока теплоносителя смонти- рованы терморегулируемые радиаторные клапаны. С учетом того, что поверхности газохода и радиато- ра имеют свою шероховатость, для обеспечения хоро- шего контакта поверхностей термоэлектрических мо- дулей с поверхностями источника места контактов бы- ли покрыты теплопроводной кремнийорганической пастой КПТ-8. Для измерения и контроля температур были уста- новлены термопары для измерения температуры пото- ка газа на выходе, а также температуры поверхности стенки газоходной трубы и радиатора охлаждения. Об- работка данных с термопар велась при помощи 8- канального измерителя температуры ОВЕН УТК38. Температура теплоносителя измерялась при помо- щи контактной термопары, размещенной на входной муфте радиатора. Измерения выходных параметров напряжения и си- лы тока, осуществлялись при помощи стационарных цифровых мультиметров UTM 1804. Принципиальная схема экспериментальной уста- новки представлена на рис. 1. Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки термоэлектрического преобразования