Введение к работе
Актуальность темы. Развитие систем децентрализованного теплоснабжения, а также автоматизированных индивидуальных теплогенераторов нового поколения для сжигания газового топлива является одним из приоритетных направлений энергетической стратегии России до 2030 года1.
Одним из важнейших направлений энергосбережения является снижение тепловых потерь при выработке энергии, ее транспорте и использовании. При этом большая доля тепловых потерь промышленных топливных теплогенерирующих установок приходится на потери с уходящими дымовыми газами (60-70%). Повышение эффективности использования топлива требует создания новых энергоэффективных технологий.
В настоящее время многокомпонентные теплоносители, в частности газопаровые смеси (ГПС), вырабатываются в теплогенераторах нового поколения и находят все больше областей применения в строительстве, сельском хозяйстве и на малых производственных объектах. При этом выработка ГПС, как правило, осуществляется в автономных теплогенераторах.
В диссертационной работе исследуется способ повышения энергоэффективности использования природного газа в низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессах на основе применения многокомпонентных теплоносителей, вырабатываемых в генераторах ГПС.
Целью работы является повышение энергоэкологической эффективности тепловых технологий за счет использования генераторов газопаровых теплоносителей. Для достижения поставленной цели был сформулирован ряд задач:
Проведение сравнительного анализа теплофизических свойств элементарных компонентов, входящих в состав газопаровых теплоносителей.
Разработка математической модели выработки многокомпонентных теплоносителей и оценка адекватности разработанной математической модели.
Разработка экспериментальной модели теплогенератора и проведение экспериментальных исследований механизма выработки газопарового теплоносителя;
Разработка вариантов практической реализации результатов исследований.
Обоснование энергоэкологической эффективности генераторов газопаровых смесей по сравнению с паровыми котлами и парогенераторами.
1 Энергетическая стратегия России до 2030 года: утв. Распоряжением Правительства РФ от 13.11.2009 №1715-р.
6. Экономическое обоснование применения многокомпонентных теплоносителей в тепловых технологиях. Научная новизна:
Разработана математическая модель процесса выработки ГПС применительно к предложенным конструкциям генераторов ГПС;
Выявлены оптимальные режимы выработки ГПС в результате экспериментальных исследований.
Обоснована эффективность использования ГПС для низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессов (очистка поверхностей и емкостей от вязких жидкостей, термовлажностная обработка материалов, сушка, выпаривание и др.).
Произведено обоснование энергетической и экологической эффективности генераторов газопаровых теплоносителей.
Выполнена оценка экономической эффективности использования ГПС в низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессах.
Достоверность результатов работы обеспечивается использованием аналитических методов, основанных на фундаментальных законах технической термодинамики и тепломассообмена, имеющих хорошую сходимость с результатами экспериментальных исследований, выполненных в ходе подготовки диссертационной работы.
Практическая значимость работы:
Разработаны и защищены патентами устройства генераторов ГПС.
Даны рекомендации по промышленному применению разработанных генераторов ГПС для низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессов очистки поверхностей и емкостей от вязких жидкостей (мазут), поверхностного пропаривания сельскохозяйственных почв и дезинфекции специализированных помещений, а также процессов удаления загрязнений с поверхностей стен зданий.
Определены перспективные направления использования газо паровых теплоносителей в процессах размораживания сыпучих веществ (щебень, песок, шлам и др.), термовлажностной обработки древесины и железобетонных изделий, выпаривания и подогрева растворов, а также в процессах обезжиривания, подготовки изделий к покраске и ряда других теплотехнологических операций.
Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе технических вузов, ведущих подготовку бакалавров по направлению 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника».
Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель процесса выработки ГПС применительно к предложенным конструкциям генераторов ГПС.
Оптимальные режимы выработки ГПС.
Обоснование эффективности использования ГПС для низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессов (очистка поверхностей и емкостей от вязких жидкостей, термовлажностная обработка материалов, сушка, выпаривание и др.).
Обоснование энергетической и экологической эффективности генераторов газопаровых теплоносителей.
Оценка экономической эффективности использования ГПС в низко- и среднетемпературных теплотехнологических процессах.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» (Самара, 2008-2011); Международной научной конференции «XIII International conference on electrical machines, drives and power systems» (Bulgaria, Varna, 2011); Международных научно-практических конференциях «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2010-2011); Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, 2010); International scientific conference «Modern directions of theoretical and applied researches '2010» (Odessa, 2010); IV Международной научно-практической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк, 2010); Международной научно-практической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Томск, 2011), а также других научных мероприятиях различного уровня.
Основные результаты работы демонстрировались на Международной выставке SHF-2011 (Сеул, Корея, 2011); XVI и XVII Международных специализированных выставках «Энергетика» (Самара, 2010-2011); Международной специализированной выставке «Энергоэффективность и ресурсосбережение - 2010» (Москва, 2010); Межрегиональной специализированной выставке «Энергетика» (Волгоград, 2010), а также других специализированных выставках различного уровня. Научные результаты были отмечены дипломами и другими знаками общественного признания.
Публикации. Основные положения и результаты работы изложены в 5 печатных изданиях, в том числе в 3 журналах по Перечню ВАК РФ. Получены два патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения с основными выводами, списка использованных источников из 118 наименований и 5 приложений. Диссертация изложена на 200 страницах, содержит 29 рисунков и 22 таблицы.
