144 "Теплоенергетика"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52177
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Удосконалення рекуперативного повітронагрівача (теплоутилізатора) для розширення області застосування за умови запиленого гріючого теплоносія(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Юрко, Володимир ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 144 – Теплоенергетика. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут". Метою дисертаційної роботи є підвищення енергоефективності системи нагріву повітря, яке подається на технологічні потреби вельц-процесу за рахунок утилізації теплоти запилених димових газів у петлевому повітронагрівачі. Дисертаційна робота складається з: анотації, вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. У вступній частині обґрунтовано актуальність вибраного в дисертаційній роботі напрямку досліджень, сформульовано мету і задачі дисертації, показано зв’язок з науковими програмами, планами, темами, вияснено об’єкт, предмет, методи дослідження, визначено наукову новизну та практичну значущість роботи, наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію та публікації основних результатів за темою дисертації. У першому розділі здійснено огляд загальної схеми вельц-процес у переробки металургійних відходів та його вдосконалення шляхом застосування у технологічному процесі петлевого повітронагрівача для утилізації тепла запилених продуктів горіння. Розглянуто прийоми підвищення ефективності промислових процесів і установок шляхом утилізації вторинних енергетичних ресурсів. Розглянуто конструкцію, особливості та принцип роботи петлевого повітронагрівача, за умови запилених димових газів. Виконано огляд теплообмінників, які можуть застосовуватися для утилізації теплоти запилених димових газів: рекуператорів у вигляді вертикальних труб, повітронагрівачів ротаційного типу та малогабаритних теплообмінників з нестаціонарним режимом роботи (мінірегенераторів) з кульковою та стільниковою насадками, контактного плівкового газоочисного теплообмінного апарату. Теплообмінник, який запропоновано використовувати у системі утилізації тепла запилених димових газів, є чотирьохсекційний рекуператор з труб діаметром 89х4,5 зігнутими у вигляді петель, розміщення труб коридорне. Кожна секція являє собою пучок труб вварених в трубні дошки. Теплообмінник є восьмиходовим за напрямком руху повітря та одноходовим за напрямком руху димових газів. Повітря, що нагрівається, направляється в труби, димові гази, що нагрівають, омивають труби в поперечному напрямку. Конструкція повітронагрівача дозволяє створити різні схеми руху теплоносіїв . Теплоносії не можна міняти місцями через швидке заростання внутрішнього перетину труб пилом. Відмічено, що вагомий внесок у розв’язання проблеми підвищення ефективності систем утилізації вторинних енергетичних ресурсів, зокрема із запиленими теплоносіями, зробили такі вчені: Андоньєв С.М., Семиноженко В. П., Сталінський Д. В., Рижавський А. З., Міллер О. Д., Сорока Б. С., Воробйов М. В., Грес Л. П. На основі детального огляду проблеми сформульовано завдання та мету дисертаційної роботи. Другий розділ присвячено особливості математичного моделювання та розрахунків складних пререхресноплинних теплообмінників. Розглянуто теплогідравлічні розрахунки узагальнених рекуперативних теплообмінників на основі ε-NTU-методу, Р-NTU-методу та метод поправкового коефіцієнта. Здійснено порівняння вказаних методів розрахунку. Обґрунтовано застосування цих методів для петлевих рекуператорів- теплоутилізаторів і проведено їх удосконалення та доповнення. Дискретний P-NTU метод є інтервальним, грунтується на застосуванні безрозмірних величин, що призводить до зменшення використання змінних величин і до більш зручних обчислень. Даний метод враховує розподіл локальних різниць температур у апараті. Дискретний P-NTU метод дозволяє враховувати особливості руху теплоносіїв. Для спрощення пошуку розв'язання системи поверхня нагріву розбивається на елементи, з яких скомпонований теплообмінник. Елементи мають прості схеми однократної перехресної течії з повним перемішуванням двох теплоносіїв за рухом. Ряди для плину внутрішнього теплоносія можуть бути багатоходовими. Третій розділ присвячено застосуванню методів розрахунк у рекуперативних теплообмінників для петлевих рекуператорів (повітронагрівачів) за умови запилених димових газів. На основі запропонованих методик розрахунку рекуперативних теплоутилізаторів (розділ 2) були створені дві програми розрахунку теплообміну в петлевому рекуператорі з використанням методу поправкового коефіцієнту та P-NTU методу. Паралельно проводиться гідравлічний розрахунок з визначенням втрат тиску зі сторони повітря, що нагрівається (трубного теплоносія) та втрат тиску з боку димових газів. Для зручності проведення розрахунків методом поправкового коефіцієнта на ЕОМ пропонується використовуються табличні дані, графіки, номограми та залежності у вигляді функціональних залежностей. Цими параметрами є: поправковий коефіцієнт до середньологарифмічного температурного напору (ψ), поправки до коефіцієнтів тепловіддачі, апроксимовано та представлено у вигляді функціональних залежностей теплофізичні характеристики теплоносіїв, коефіцієнти поправки qП, qДГ для зручності розрахунку тепловмісту димових газів і повітря. Розрахунок методом поправковго коефіцієнту проводився для всієї поверхні нагріву теплообмінника з розбивкою на секції. При цьому, визначались температури теплоносіїв та поверхні нагріву, коефіцієнти тепловіддачі та теплопередачі після кожної секції залежно від запиленості димових газів, яка приймалася 50 г/Нм³ і без запиленості, та розміру пилових частинок, що становила від 1 мкм до 50 мкм. За результатам розрахунку побудовані графіки, які показують вплив запиленості димових газів на вказані величини для кожної з 8 схем руху теплоносіїв, а саме: розподіл коефіцієнтів теплопередачі та тепловіддачі по петлевим секціям, вплив запиленості та розміру пилових частинок на коефіцієнти теплопередачі і тепловіддачі у відсотках, розподіл температури поверхні нагріву по петлевим секціям. Оцінка температури поверхні нагріву дозволяє підібрати відповідний матеріал труб залежно від граничної температури експлуатації сталі. За методикою дискретного розрахунку визначено температури поверхонь стінок зсередини та ззовні труб в кожній точці за напрямком руху теплоносіїв. Ці температури можна порівняти з граничними для цього матеріалу умовами жаростійкості. Додатково була встановлена різниця між температурою насичення водяної пари при парціальному тиску у димових газах та температурою зовнішньої стінки труб у даному місці для з’ясування можливих областей випадіння вологи та утворення корозії на трубах теплообмінника. Теплофізичні властивості повітря та димових газів, що являють собою суміші газів, визначалися для кожного елемента рекуператора із врахуванням у ньому середніх температур та тисків. Для газів, що відходять з вельц-печі, задавався їх хімічний склад, який враховувався при розрахунку теплофізичних властивостей. Для повітря, що направляється вентилятором, враховувалась зміна відносної вологості. Четвертий розділ присвячено аналізу і порівнянню отриманих результатів розрахунків здійсненими двома методиками. Визначено показники ефективності та надійності систем утилізації при різних схемах компонування петлевого повітронагрівача. На основі розрахунку методом поправкового коефіцієнта побудовано графіки та діаграми, які дозволяють проаналізувати залежність процесу теплопередачі від компонування секцій рекуператора, оцінити вплив запиленості димових газів та розміру пилових частинок на коефіцієнти тепловіддачі та теплопередачі у відсотках, температури димових газів, повітря і стінок труб по петлевих секціях. П’ятий розділ присвячено оцінці зменшення викидів парникових газів при заміщенні природного газу повітрям завдяки використання петлевого повітронагрівача-утилізатора. Проведено техніко-економічне і екологічне обґрунтування впровадження петлевого повітронагрівача для утилізації запилених продуктів згоряння після вельц-печі. Петлевий повітронагрівач розглядається як еколого-теплоенергетичний рекуператор, що дозволяє за рахунок утилізації тепла димових газів нагріти повітря, яке необхідне в технології вельц-процесу. Застосування рекуператора одночасно вирішує три задачі: екологічної безпеки, фінансово-економічна та задача підвищення енергоефективності. Задача енергоефективності дозволяє визначити кількість природного газу, який заміщується нагрітим повітрям. Задача екологічної безпеки полягає у розрахунку викидів парникових газів при спалюванні природного газу, який буде заміщуватися підігрітим повітрям. Економічна задача полягає у розрахунку виплати державою квот при заміщенні природного газу нагрітим повітрям. У додатках представлено список публікацій здобувача за темою дисертаційної роботи, відомості стосовно впровадження результатів дисертації та дані про апробацію дослідження. Таким чином з’ясовано, що використання петлевого повітронагрівача для утилізації теплоти запилених продуктів горіння з метою підігріву повітря є перспективним та ефективним енергозберігаючим заходом, який дозволяє замінити споживання природного газу для нагріву повітря, що подається на технологічні потреби вельц-процесу. Використані математичні моделі, методики та алгоритми для розрахунку і аналізу ефективності теплообмінних апаратів системи утилізації теплоти запилених димових газів металургійних печей дозволяють визначити фактичну працездатність теплообмінних апаратів для різних режимів роботи з урахуванням експлуатаційних факторів. Удосконалені методи та засоби розрахунку петлевих теплоутилізаторів дозволяють підвищити їх ефективність і надійність, зменшити витрати ресурсів, мінімізувати негативний вплив на навколишнє середовище від викидів продуктів згоряння природного газу, зокрема, вуглекислого газу.