Экономическая оценка целесообразности применения рекуперативного теплообменного аппарата в промышленных условиях

В современных условиях промышленного производства ключевым аспектом является повышение энергоэффективности и оптимизация использования ресурсов. Эти меры необходимы для обеспечения экономической рентабельности промышленных предприятий. Авторами данного исследования разработана конструкция рекуперативного теплообменного аппарата для передачи тепловой энергии от парогазовых выбросов к холодной воде, используемой для технологических и хозяйственных нужд. Целью работы является проведение экономической оценки целесообразности применения рекуперативного теплообменного аппарата с ребристой поверхностью в условиях ее загрязнения при конденсации парогазовой смеси на промышленном предприятии. Для оценки рентабельности применения теплообменного аппарата в различных эксплуатационных условиях рассчитаны чистая приведенная стоимость NPV, дисконтированный период окупаемости DPP и индекс доходности PI. В ходе расчетов учитывалось влияние технического состояния оборудования и частоты его обслуживания на экономические показатели проекта. Исследование основывалось на расчетах различных сценариев работы теплообменника с учетом загрязнения теплопередающей поверхности и изменения передаваемого теплового потока Qb между теплоносителями. В ходе исследования варьировались тепловой поток Qb от 50 до 200 кВт и начальные инвестиции в проект от 3500 до 6500 тыс. руб. В результате были получены данные, демонстрирующие, как изменение этих параметров влияет на чистую приведенную стоимость проекта и сроки его окупаемости. Основные выводы подчеркивают необходимость регулярной очистки и обслуживания теплообменника для поддержания его эффективности и ускорения окупаемости инвестиций. Получено, что при ставке дисконтирования 16% проект будет экономически рентабельным, если начальные инвестиции не превышают 5107 тыс. руб. Дисконтированный срок окупаемости проекта DPP составляет в среднем от 1,5 до 3,4 года.

1. Зинуров В.Э., Галимова А.Р. Оценка экономической эффективности внедрения сепарационных устройств на предприятиях с покрасочными камерами // Вестник Самарского государственного экономического университета. 2020. № 12 (194). С. 50–59. doi:10.46554/1993-0453-2020-12-194-50-59.

2. Сотникова О.А., Петрикеева Н.А. Расчет экономической эффективности применения конденсационных теплообменных устройств теплогенерирующих установок // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2008. № 1 (9). С. 113–117.

3. Feasibility study of a novel hybrid energy system combining photovoltaic-thermal and modular ground heat exchanger / S. Bae, Y. Nam, E.-J. Lee, E. Entchev // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 61.

4. Фоминых К.С. Экономическая эффективность замены кожухотрубного теплообменного аппарата на пластинчатый теплообменный аппарат на ТЭЦ-2 г. Йошкар-Ола // Academy. 2019. № 2 (41). С. 20–22.

5. Экспериментальное исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность / В.Э. Зинуров, А.В. Дмитриев, И.И. Шарипов, А.Р. Галимова // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2021. Т. 7, № 2 (26). С. 60–74. doi:10.21684/2411-7978-2021-7-2-60-74.

6. Исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность / В.Э. Зинуров, А.Р. Галимова, Г.Р. Бадретдинова, И.В. Санников // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XXI Бенардосовские чтения) : материалы Междунар. науч.-техн. конф., Иваново, 2–4 июня 2021 г. / Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина. Иваново, 2021. С. 241–243.

7. Оценка моделей турбулентности при внешнем обтекании нагреваемой трубы / Г.Р. Бадретдинова, И.Р. Калимуллин, В.Э. Зинуров, А.В. Дмитриев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2023. Т. 25, № 2. С. 176–186. doi:10.30724/1998-9903-2023-25-2-176-186.

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. Vol. 31, No. 5. Pp. 742–749.

9. Wallhäußer E., Hussein M.A., Becker T. Detection methods of fouling in heat ex-changers in the food industry // Food Control. 2012. Vol. 27, No. 1. 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 Thermo-physics. 2018. Vol. 91, No. 5. 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. Vol. 115. Pp. 406–417.

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

14. Восстановление поверхности теплообмена в условиях ее загрязнения при конденсации парогазовой смеси / А.В. Дмитриев, Г.Р. Бадретдинова, С.Д. Борисова, А.Н. Николаев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24, № 1. С. 176–185. doi:10.30724/1998-9903-2022-24-1-176-185.