Введение к работе
актуальность, рдботьк. Промышленный теплотехнологический комплекс является одним из основных потребителей топливно-энергетических ресурсов СТЭР) страны. .Только олни высокотемпературные системы с основным технологическим звеном - промышленными печами, по уровню прямого потребления органического топлива конкурируют с производством электроэнергии на тепловых электрических станциях. На реализацию теплотехнологических процессов Сот низкотемпературного нагрева волы до высокотемпературной плавки металлов) непосредственно расходуется около 2-<3 органического топлива, более 1>3 вырабатываемой электрической энергии и более 1/2 тепловой энергии. При этом теплотехнологическио установки СТТУ) работают с высокими удельными расходами топлива и низким КПД. Одной из существенных причин подобного положения является несовершенство тепловых схем и большие потери тепла с отходящими газами ТТУ.
целью работы является проведение анализа качества энергоиспользования в теплотехнологических системах СТТС) Сна примодр машиностроительных И текстильных предприятий Ивановского промышленного теплотехнологического комплекса) с оценкой принципиально возможных масштабов энергосбережения за счет регенерации тепла отходящих газов, разработка и оптимизация регенеративных теплообменников для действующих и вновь проектируемых ТТУ.
научная новизна работы заключается в следующем. ' I. Проведен комплексный энергетический анализ предприятий машиностроения и текстильной промышленности на примере заводов по выпуску текстильного оборудования, . автокранов, экскаваторов и меланжевого комбината на основе критериев оценки качества использования ТЭР в теплотехнологических системах.
-
Разработаны технические решения по интенсификации теплообмена в радиационных рекуператорах и конструкции регенеративных теплообменников, а также схемы теплоиспользования отходящих газов, обладающие новизной и обеспечивающие повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
-
Составлены математические описания:
- сопряженного теплообмена в рекуператора* по объемной схеме с учетом переменности теплофизических свойств теплоносителей и
позволяющие рассчитывать . переходные процессы при Термически массивных разделительных стенках;
- сложного теплообмена, в перфорированных вторичных излучателях с
учетом зависимости теллофизических свойств материала от
температуры;
процессов тепломассообмена в насадке контактного теплообменника;
- теплообмена и гидродинамики пленки, стекающей по стенкам канала
насадки, позволяющее установить влияние параметров пленки на
аэродинамическое сопротивление контактного теплообменника;
- теплообмена в теплообменнике с двухступенчатым охлаждением
конденсаторных участков тепловых труб, основанное на результатах
проведенных экспериментальных исследований и известных крите
риальных зависимостях; ''..
теплообмена в ТТУ периодического и стационарного действия с регенеративным теплоиспользованием отходящих газов.
4. Разработаны алгоритмы оптимизации:
рекуператоров для действующих ТТУ с элементарной тепловой схемой и ТТУ с внешним энергетическим использованием тепла отходящих газов с учетом срока службы рекуператора:
ТТУ с регенеративным теплоиспользованием отходящих газов с учетом динамической взаимосвязи реактора и рекуператора по параметрам продуктов сгорания и воздуха:
- теплообменника с тепловыми трубами и контактного теплообменника
для действующей низкотемпературной ТТУ. позволяющий выбирать
оптимальный вариант из условия максимального годового
экономического эффекта.
-
Разработаны структура модели и алгоритм поиска оптимальных схем ТТУ с регенеративным и внеиим теплоиспользованием отходящих газов из условия минимума приведенных затрат.
-
Проведены экспериментальные исследования и промышленные испытания теплообменников и ТТУ с регенеративным теплоиспользованием. отходящих газов, на основании которых идентифицированы математические модели и получены регрессионные зависимости для. определения важных технических параметров контактного теплообменника и теплообменника с тепловыми трубами.
методика проведения исследовании. Задачи решались в русле традиционных энергосберегающих мероприятий, направленных на повышение степени утилизации отходящих газов и энергетической
модернизации теплообменного оборудования. Исследования сопровождались разработкой математических моделей, алгоритмов и программ расчета для ЭВМ. Установление регрессионных зависимостей и оптимизация проводились с использованием современных методов планирования и анализа эксперимента.
практическая ценность работы заключается в следующем:
исключительно большие резервы экономии ТЭР. выявленные на примере машиностроительных заводов и текстильного комбината Ивановского промышленного теплотехнологического комплекса, стимулируют на проведение глубокого энергетического анализа ТЗБ предприятия аналогичного профиля;
предложенные технические решения, защищенные авторскими свидетельствами, позволяют интенсифицировать теплообмен в известных конструкциях рекуперативных теплообменников и утилизировать тепло низкотемпературных отходящих газов, загрязненных механическими примесями;
разработанные математические модели позволяют исследовать тепловую- работу регенеративных теплообменников на ЭВМ в условиях стационарного; режима работы,- а радиационных рекуператоров и при наличии переходных процессов;
разработанные алгоритмы оптимизации могут быть использованы при проектировании ТІУ с регенеративным и внешним теплоиспользо-
ванием для предприятий аналогичного профиля;
- результаты промышленных испытаний и рабочие чертежи опытного
образца контактного теплообменника могут быть рекомендованы для
широкого внедрения на предприятиях текстильной промышленности;
- разработанный проект установки для утилизации тепла высокотем-
v пературных газов можеі быть внедрен на действующих ТТУ. за
которыми нет практической возможности реализации глубокого
регенеративного теплоиспользования. реализация результатов РА60ТЫ. Разработаны конструкции эфг фективных теплообменников и схемы глубокого теплоиспользования отходяїщіх газов, защищенных ?0 авторскими свидетельствами. По некоторым из них выполнены рабочие проекты: установка для глубокого использования тепла высокотемпературных газов С а.с. к 1333946Э. контактный теплообменник С а. с. м 1413251Э. теплообменник с тепловыми трубами (а.с. N13614543 и переданы для внедрения в—-кузнечных и термических цехах на Череповецкий металлургический комбинат. Ивановский завод "Автокран" и
Ивановский механический завод. По разработанным алгоритмам оптимизации спроектированы и внедрены рекуператоры для действующих печей, ТТУ с регенеративным теплоиспользованием отходящих газов на Ивановском заводе "Ивтекмаш". Ивановском заводе "Автокран" и контактный теплообменник на Кохомском, хлопчато-бумажном комбинате и Родниковском меланжевом комбинате. На основании приемочных испытаний опытного . образца контактного теплообменника, проведенных на Родниковском меланжевом комбинате, комиссией рекомендовано к постановке его на серийное производство.
Разработанные алгоритмы оптимизации и результаты математического моделирования установок с Комплексным теплоиспользованием отходящих газов использовались институтом "ВНИПИчерметзнбргбочи-стка при проектировании знерготехнологнческого агрегата для Западно-Сибирского металлургического комбината.
Суммарный экономический, эффект от. виолрония результатов ра боты на стадии проектирования и в промышленность превышает 2 млн.руб.
апробация результатов работы: Материалы диссертации докла-дывались на научно-технических конференциях и семинарах: Всесоюзная научно-техническая конференция по САПР с энергетике и электротехнике С Иваново.1980г.); Республиканская научно-техническая конференция С Днепропетровск,І 981 г. ); Всесоюзная научно-Тех-хническая конференция^ "Состояние и перспективы развития электротехнологии С Иваново.1585г.); Всесоюзное начно-техническое совещание (Баку.1985г.); Всесоюзная конференция "Ш Бенард'осовские чтения" (Иванрво,Т987г.); 2 Всесоюзная конференция "Проблема энергетики тепдотехнологаГ С Москва.1987г.); '6 Всесоюзная конференция "Радиационный теплообмен в технике и технологии" С Каунас,1987г.); Республиканская конференция "Теория и практика тепловой работы металлургических печей" (Днепропетровск.1989г.); Всесоюзный'семинар "О коренном улучшении использования . топливно-энергетических ресурсов на предприятиях отрасли" (Москва.1988г.); Z Всесоюзная конференция Торкретирование и повышение стойкости металлургических агрегатов" СЛипецк,! 988г.); Республиканская конференция "Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии" С Днепропетровск, 1989г.); Всесоюзная д научно-техническая конференция "Современное состояние, проблемы . энергетики и теплотехнолог'Ии в
энергомашиностроении' (. ito;mcuo.I<3S9r.); Всесоюзная конференция "Научные основы создания зпергосберегающей техники и технологии" (Москва, 1990г.), 3 Всесоюзная научная конвенция "Интенсивное энергосбережение в промышленной теилогехнологии" СМосква.І99Іі\ ).
публикации.. Основное содержание диссертации отражено в 18 статьях и 12 отчетах о НИР. По результатам работы получено 20 авторских свидетельств. За внедрение изобретения в промышленность автор отмечен знаком "Изобретатель СССР". Экспонаты, представленные на Всероссийской выставке в г.Томске, отмечены дипломом II степени. В конкурсе, проводимом Ивановским областным НТО, за представленные научно-технические разработки по экономии топлива и энергии было присуждено I место. По материалам диссертации издано б учебно-методических пособий общим объемом 18 печатных листов и сдано в издательство "Энергоатомиздат" учебное пособие "Математическое моделирование и оптимизация теплотехнологИческйх установок и систем" в соавторстве с 3 авторами и объемом 12 печатных листов.
объем работы. Работа изложена на 314 стр.. содержит 212 стр. машинописного текста, 32 таблицы. 61 рисунок, список использованной литературы из 236 наименований.
