Введение к работе
Актуальность работы. Актуальность проведения работ по рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов в одной из самых энергоемких отраслей промышленности, которой является химическая, обуславливается низкой степенью преобразования энергии в химико-технологических системах, малоэффективным использованием энергоресурсов выделяющихся в технологических процессах, что приводит к неоправданно высокой энергоемкости единицы промышленной продукции. Вопросы теории и практики энергосбережения в теплотехнологии и химико-технологических системах рассматриваются в работах Попырина Л.С, Мелентьева Л.А., Ключникова А.Д., Доброхотова НИ., Кафарова В.В., Мухленова И.П. и др.
Несмотря на то, что по многим отдельным вопросам теоретического исследования и практической реализации проблем повышения эффективности использования ТЭР на промышленных предприятиях получены существенные результаты, технико-экономические показатели химических производств крайне низки. Решение проблемы эффективного энергосбережения на предприятиях химической промышленности возможно только на основе комплексного использования ТЭР в теплотехнологических и теплоэнергетических системах предприятия, интенсификации технологических процессов, использования высокоэффективного энергоматериалосберегающего оборудования, чему и посвящается данная работа с использованием имеющихся научных и практических достижений.
Настоящая работа выполнялась на кафедре Промышленных теплоэнергетических систем МЭИ(ТУ) в рамках общесоюзных научно-технических программ ГКНТ СССР в 1980-1986 гг. и 1986-1990 гг. 0.01.11, в соответствии с Координационным планом АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", заданий Государственных межвузовских комплексных научно-технических программ "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики (1990-95 гг), и является частью проводимых в стране исследований, направленных на повышение эффективности производств и создание новых прогрессивных технологий.
Целью работы является:
разработка высокоэффективных, органически связанных теплотехнологических систем и систем теплохладоснабжения предприятий по производству минеральных удобрений на основе энергоэкономичных схем, интенсификации теплотехнических и теплотехнологических процессов, создания энергоматериалосберегающсго оборудования;
- обоснование результативности предлагаемого комплексного подхода к
решению проблем энергосбережения на примере АО "Воскресенские
минудобрения".
Для достижения поставленной цели работа проводится в следующих направлениях:
- проведение структурного и термодинамического анализа эффективности использования энергоносителей в теплотехнологических системах производств: слабой азотной кислоты, экстракционной фосфорной кислоты, серной кислоты, аммофоса в органической взаимосвязи с теплоэнергетической системой рассматриваемого предприятия для определения резервов экономии ТЭР;
- теоретическое и экспериментальное обоснование возможностей интенсификации технологических процессов и тепломассопсреиоса в теплотехнологических установках;
- разработка теплотехнических способов интенсификации технологических процессов;
аналитическое и экспериментальное исследование гидродинамических и термодинамических характеристик замкнутых испарителыю-конденсационных систем, функционирующих но принципу тепловых труб и термосифонов, позволяющих реализовать теплотехнические способы интенсификации технологических процессов;
разработка высокоэффективных тепловых схем ісішотсхнолоінчсских систем в органической взаимосвязи с системами теплохладоснабжения предприятия;
- разработка энергоматериалосберегающего оборудования на основе полученных теоретических и экспериментальных результатов дпя реализации синтезированных систем.
Новые научные результаты. Разработана методология создания рациональных теплотехнологических и теплоэнергетических систем промышленных предприятий с конкретным алгоритмом поиска высокоэффективных решений по энергосбережению.
Впервые проведен комплексный анализ энергоиспользования на предприятии в органической взаимосвязи теплотехнологических и теплоэнергетических систем, на основе которого получены новые результаты, выявившие значительные резервы экономии ТЭР.
Разработаны и обоснованы нов'ые тепловые схемы теплотехнологических систем и систем теплохладоснабжения предприятия с высокими энергосберегающими показателями.
Разработаны новые теплотехические принципы значительной интенсификации технологических процессов и тепломассопереноса в теплотехнологических установках.
Составлены математические модели и получены новые аналитические расчетные соотношения на основе решения системы дифференциальных уравнений движения и неразрывности в частных производных для определения гидродинамических характеристик парового потока в каналах с испарением и конденсацией замкнутых испарителмю-конденсационных систем. Впервые показано влияние условий теплоподвода и теплосъема на рабочие и предельные характеристики замкнутых испарительно-конденсационных систем.
Получены и обобщены новые экспериментальные данные для определения коэффициентов теплоотдачи при неразвитом пузырьковом кипении в термосифонах. Определено нлнямие іеміїераіуриоі о уровня и тепловых нагрузок на термодинамические характеристики термосифонов в области ОІ конвекіивноіо іеіілообмена до рачвиюіо му н.ірькоїшіо режими кипения.
Получены и обобщены новые экспериментальные данные для определения коэффициентов теплопередачи в конденсационной зоне тепловых труб с пористой структурой. Показано значительное влияние режимных параметров и геометрических размеров пористой структуры на термо- и гидродинамические характеристики тепловых труб.
Разработана методика и получены расчетные соотношения по минимизации геометрических размеров тепловых труб для заданных тепловых нагрузок и располагаемых температурных перепадов, определенных внешними условиями сопряженного теплообмена.
Практическая ценность работы заключается в возможности применения разработанной методологии, результатов теоретических и экспериментальных исследований для решения практических задач по созданию рациональных теплотехнологических систем различных производств и систем теплохладоснабжения на промышленных предприятиях.
Разработанные теплотехнические принципы интенсификации
тепломассопереноса в технологических процессах, методы
терморегулирования и термостатирования в теплотехнологических установках могут быть широко использованы в различных отраслях промышленности.
Полученные теоретические и экспериментальные расчетные соотношения
используются при разработке высокоэффективного
энергоматериалосберегающего оборудования.
Научно-технические разработки реализованы
- в созданной іеплотехиолої нческой усіапоіікс с промежу іочпі.ім теплоносителем для регенерации теплоты сжатого воздуха в прон июле і неслабой азотной кислоты на АО "Воскресенские мипудобрения",
- в опытно-промышленных образцах систем терморегулирования
экстракторов производства экстракционной фосфорной кислоты на опытных
установках филиала НИУИФ в г. Поскресснскс,
- в опытно-промышленной теплотехнологической установке дли
производства серной кислоты на АО "Воскресенские мипудобрения":
в разрабоїанной системе наїрева воздуха ирои толстенных помещении для районов крайнего севера по заданию ВИНО "Союзпромгаз",
в разработанной отраслевой методике теплового и гидродинамического расчета ісрмосифоішоїо ісіиюоОмстіїїнка но uiuitv Чсрмет нісріи Миичермета СССР (утверждено 25 мая 1988 і ода),
- и paipuGoiaiiiibix емсісма.ч оІ~>сспсчепи>і ісішоїн.іч и ісмік-рлі\рш.іч режимов ряда специальных автономных объектов.
Теоретические, экспериментальные и методические разработки, проводимые автором в течение последних двадцати няги лег, могут быть использованы при дальнейшем совершенствовании имеющейся в разработке новой техники и технологии различных производств, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров, инженеров и магистров
Разработка методологии создания рациональных теплотехнологических
систем в органической взаимосвязи с системами геплохладоснабжения
предприятия с конкретным алгоритмом поиска эффективных решений по
энергосбережению, разработка тепловых схем и теплотехнических
принципов интенсификации теилотехнологических процессов
рассмотренных производств, научные гипотезы, теоретические
предпосылки, направления и методы аналитических и экспериментальных
исследований, аналитические решения и экспериментальные исследования
приведенные в четвертой главе, а также все работы по анализу и совершен
ствованию теплотехнологической системы проіпподсіва аммофоса
и системы теплохладоснабжения предприятия выполнены автором самостоятельно.
Экспериментальные исследования, приведенные в пятой главе, анализы энергоиспользования в производствах слабой азотной кислоты, экстракционной фосфорной кислоты, серной кислоты, анализы тепловых нагрузок системы теплоснабжения предприятия, вычислительные исследования проведения под непосредственным руководством его аспирантами: Дудкиным ВИ., Киряковой ОН., Шориным В.Л., ФилннойО.В., Борисовым К.Б. и дипломантами: Корчагиной М.В., Кирюткиным А.Г., за что автор выражает им искреннюю благодарность. Кроме того, автор выражает глубокую признательность главному энергетику АО "Воскресенские минудобрения" Кузьмину Н.М. за активное содействие при выполнении данной работы и сотрудникам НИУИФ , принимавшим участие в обсуждении результатов работы.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических, расчетных, экспериментальных и промышленных исследований докладывались и обсуждались: на первой международной конференции по тепловым трубам, Штутгард, ФРГ, 1973 г.; на межвузовском научном семинаре МВТУ, МЛТИ, МЭИ, 1976 г.; на совместном заседании секции "Теплофизические и массообменные свойства веществ" Научного Совета Госкомитета по науке и технике СМ СССР "Массотеплоперенос в технологических процессах" и подсекции "Тепловые трубы" Научного Совета ДН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика", г.Минск, 1977 г.; на 36-м Национальном конгрессе Италии по теплотехнике, Виареджио, Италия, 1981 г.; на Всесоюзной конференции "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, 1987 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Ресурсосберегающее оборудование на базе тепловых труб", г.Киев, 1987 г.; на межвузовской конференции "Новые технологические средства для снижения чнергозаірат", г.Кутаиси, 1990 г.; на научно-техническом совещании "Применение тепловых труб в системах использования нетрадиционных и вторичных источников энергии", г.Батуми, 1990 г.; на первом семинаре-совещании "Учет тепловой энергии и теплоносителей", Главгосэнергонадзор, г.Самара, 1995 г.; на Второй международной научно-технической конференции "11овые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", Москва. 1995 ,
Публикации. Научные положения, выводы и рекомендации изложены в 38 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит и» введения, пяти глав. заключения, приложения общим объемом 277 страниц, втом числе 104 рисунка на 83 страницах, список литературы состоит из 283 наименований.
