Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Институт технической теплофизики НАН УКРАИНЫ

Харьковский государственный технический университет

строительства и архитектуры

ПЕТРАШ Виталий Демянович

УДК 697.662.99

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ УТИЛИЗАЦИИ

ЭНЕРГИИ ОХЛАЖДЕНИЯ вращающихся печей, которое регулируется

Специальность: 05.23.03 Вентиляция, освещение и теплогазоснабжения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Харьков 2004

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Одесской государственной академии строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Иродов В Вячеслав Федорович, Днепропетровский национальный университет МОН Украины, профессор кафедры "аэрогидромеханики";

доктор технических наук, профессор Губинский Михаил Владимирович, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск, заведующий кафедрой "Промышленная теплоэнергетика";

доктор технических наук, профессор Малкин Эдуард Семенович, Киевский национальный университет строительства и архитектуры МОН Украины, профессор кафедры "Теплотехника".

Ведущая организация:

Институт технической теплофизики НАН Украины, г.Киев

Защита состоится "2" июня 2004г. в 11 00 часов на заседании диссертационного Совета Д.64.056.03 в Харьковском государственном техническом университете строительства и архитектуры по адресу: 61002, г.. Харьков, ул.Сумская, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры по адресу 61002, г.. Харьков, ул.Сумская, 40.

Автореферат разослан "28" апреля 2004

Ученый секретарь

диссертационного Совета, проф. Колотило М.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Рациональное и научно-обоснованное использование вторичных энергоресуррсив (ВЭР), большие резервы которых в промышленности производства строительных материалов в обжиговых печах, позволяет значительно улучшить энергоэкономические, экологические и технологические характеристики промышленного и коммунально-бытового теплоснабжения. Проблема снижения расхода топлива и повышение эффективности утилизации теплоты внешнего охлаждения вращающихся печей известными способами актуальна, потому что больше половины имеющейся энергии в виде выбросов рассеивается в атмосфере. В частности, в наиболее энергоемких печах производства вяжущих и стеновых материалов коэффициент использования топлива в 2-3 раза меньше, чем в генераторах традиционного теплоснабжения. Потери теплоты в окружающую среду с боковой поверхности, в большинстве не покрытых печей, достигает 6-7 кВт / м2. При этом эффективность использования топлива в таких агрегатах не превышает 40%, а потери теплоты с боковой поверхности достигают 10-30% его общего расхода. Рациональное использование этого ресурса может значительно повысить энергоэкономичность промышленного теплоснабжения с соответствующим снижением загрязнения окружающей среды. В условиях дефицита и высокой стоимости тепловой энергии в Украине обуславливает необходимость поиска и разработки новых концепций, которые обеспечат комплексное решение рассматриваемых задач.

С позиции теории теплогидравлических процессов известны способы утилизации теплоты реализуют традиционные решения теплоснабжения одного двух абонентов на основе средств экранирующего и пассивного "канального" воздушного охлаждения поверхности печи, которые нуждаются в дополнительной интенсификации теплообмена в эксплуатационном регулировании. Учитывая технологически обусловленную периодичность эксплуатации и наличие нештатных ситуаций в работе тепловых агрегатов, при которых не исключается возможность замораживания водных контуров, а также сложность стабилизации необходимых температурных режимов охлаждения существующими методами, рассматриваемые системы даже на основе плоскотрубних водяных экранов имеют очень ограниченное применки. Это подтверждается информацией о снижении объемов внедрения, о сложности и прекращения освоения таких систем за последние десятилетия, как в нашем государстве, так и за рубежом. Таким образом, разработка новой технологии повышения эффективности промышленного теплоснабжения на основе утилизации теплоты внешнего охлаждения вращающихся обжиговых печей актуальна для рационального использования и экономии топливных ресурсов и улучшения экологической обстановки.

В связи с изложенным возникает насущная необходимость в создании новых подходов повышения эффективности теплоснабжения, которые базируются на возможностях сбалансированной утилизации энергии регулируемого отбора теплоты в процессе стабилизации рационального режима охлаждения печи. Эта идея открывает новые пути к практической организации теплоснабжения на более совершенных способах регулируемого охлаждения вращающихся печей с локальным или центральным преобразованием энергии для высокоэффективного потребления теплоты. Реализация теплоснабжения с таким подходом является сложной научно-технической проблемой. Ее решение требует предварительного решения ряда новых научно-технических задач (поиска способов и средств рациональной генерации, отбора и потребления вторичной теплоты, путей увеличения объемов и эффективности ее использования абонентскими системами), что обеспечивает создание научно-технической базы для практической разработки высокоэффективного теплоснабжения на основе утилизации энергии регулируемого охлаждения вращающихся печей. Вышеизложенное и определяет актуальность темы исследования.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также соответствующие методики расчета были использованы и внедрены в процессе выполнения научно-исследовательских работ в рамках программы Министерства строительства УССР по освоению новой техники: "Провести исследования, разработать и испытать в натуре систему утилизации теплоты при производстве керамзита" ( д.р. №01860078868),1987–1988р.р.; "Провести исследования системы утилизации теплоты для отопительных и технологических нужд завода" (д.р. №01890011209), 1989–1989р.р.

Дослідження були повязані з виконанням робіт з тематики координаційного плану НДР Міністерства освіти і науки України з 1995–1997рр. "Наукові проблеми енергозбереження шляхом діагностики, інтенсифікації теплотехнологій в енергетиці, промисловості та сільському господарстві" (пріоритетний напрямок №4 "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології"): "Розробка теплоенергозберігаючих систем інтенсивного перетворення ВТЕР для будівельно-технологічного та комунально-побутового споживання"(д.р. №01940023246), 1995 р.; "Розробка теплоенергозбережуючих систем утилізації теплоти на основі струминної інтенсифікації теплообмінних процесів"(д.р. №0196U013796), 1996–1997р.р.

Окремі задачі з теми дисертації знайшли вирішення також при виконанні на кафедрі опалення, вентиляції та охорони повітряного басейну ОДАБА держбюджетної теми "Совершенствование систем защиты окружающей среды и теплосбережения на предприятиях стройиндустрии" (д.р. № 018600083268), 1996–2000р.р.

Мета і задачі дослідження. Мета: теоретичне обґрунтування, розробка та впровадження енергозберігаючої технології теплопостачання на основі утилізації теплоти регульованого охолодження обертових обпалювальних печей.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:–

визначення об'єму ВЕР, які відбираються для промислового теплопостачання, в залежності від режиму процесів теплопередачі печі та охолодження її поверхні;

-

обґрунтування методології та аналіз шляхів інтенсифікації теплообміну для створення системи "піч(теплоджерело)–укриття", як високоефективного генератора ВЕР;

-

дослідження комплексу процесів регульованої генерації теплоти в системі "теплоджерело–укриття", розробка раціональної структури та визначення теплотехнічних характеристык ее элементов;

- развитие теоретических положений создания технологии равномерного охлаждения поверхности теплоисточника в прикладных задачах;

- комплексный анализ условий и синтез систем отбора теплоты, регенерации и потребления ее в системах теплоснабжения, в том числе при несоответствии мощности потоков, температурных уровней и режимов работы структурных контуров

- разработка основных методических положений, способов и систем высокоэффективного теплоснабжения на основе использования ВЭР;

- промышленная апробация основных результатов работы.

Объект исследования: технологические процессы отбора и использования вторичных энергетических ресурсов.

Предмет исследования: системы и закономерности теплогидравлических процессов в технологии теплоснабжения на основе использования вторичного энергоресурса теплоты охлаждения печей.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, который включает: анализ теоретических и экспериментальных работ по научным обобщением; математическое моделирование и натурное исследование; аналитическое решение; опытно-промышленную апробацию результатов работы в условиях производства; статистическую обработку информации с применением численного исследования. Метод позволил путем расчетов с использованием ЭВМ и сопоставлением с экспериментальными данными получить достоверную информацию в устройствах и системах по закономерностей аэрогидродинамического и тепловых процессов. Это обеспечивает возможность их применения в широком диапазоне неустойчивых условий работы комплексов промышленного теплоснабжения.

Научная новость полученных результатов. Основной научный результат работы заключается в теоретическом обосновании и разработке нового подхода к решению важной научно-технической проблемы создания энергосберегающей технологии теплоснабжения на основе регулируемого охлаждения вращающихся печей.

1. Впервые на основе комплексного подхода обосновано и сформулировано определяющие принципы функциональногоустройства системы "теплоисточников укрытия" для повитряноструминного отбора теплоты. Определены качественный влияние конструктивных параметров и теплогидравлических характеристик пористых и перфорированных элементов на распределение и теплообмен энергоносителя в каналах устройства отбора теплоты.

2. Научно обосновано и определены технологические направления конструирования генераторов ВЭР для печей характерных форм и разработки генераторов новых вариантов. Теоретическим и расчетным путем доказана целесообразность создания высокоэффективных устройств с струйно-распределительным укрытием пористо-перфорированного типа для перспективных технологий.

3. На основе анализа предложенной модели процесса движения воздуха в теплогенераторе впервые обнаружены способы равномерного охлаждения печи путем непрерывного и ступенчатого выравнивания дальнобойности исходящих струй. Теоретически определены конструктивные и режимные варианты их реализации. Получили дальнейшее развитие научные основы разработки рациональных решений для предложенных теплогенерирующих устройств и систем охлаждения.

4. Усовершенствована аналитическое определение воздействия тепловой мощности и производительности вращающейся печи, а также энергетических характеристик систем теплопотребления, на удельный экономию топлива в результате использования теплоты охлаждения ее поверхности. Получили дальнейшее развитие научные основы динамической стабилизации регулируемого охлаждения печи для различных вариантов его организации с применением разработанных генераторов ВЭР. Теоретически обоснованы и усовершенствованные пути и средства создания высокоэффективных обобщенных комплексов теплоснабжения структурных систем предложенного типа.

5. Получило дальнейшее развитие теоретическое обоснование практического создания комплексов с общим теплоносителем (так называемых "монокомплексив") промышленного теплоснабжения на основе применения прямоточной и регенеративно-смесительной стабилизации охлаждения печи. Аналитически обосновано и экспериментально определены условия их Высокоэффеквищення эффективности отбора и использования теплоты охлаждения печи системами теплоснабжения; возможность создания комплексов теплоснабжения мощностью 0,85-7,6 МВт; увеличение объема отбора теплоты с низкотемпературной поверхности печи, позволяет расширить масштаб и границы теплоснабжения; снижение материалоемкости систем отбора теплоты до 50-60% по сравнению с известными техническими решениями; снижение удельных расходов первичного топлива печами не менее на 8% на основе регулируемого режима охлаждения печей; повышение надежности (долговечности) печи; повышение степени экологической эффективности комплекса вследствие снижения химического и теплового загрязнения окружающей среды, обусловленного сокращением удельных расходов топлива.

Созданные по результатам работы комплексы внедрены в промышленное производство на Кулиндоровском заводе железобетонных изделий ВО "Одесжелезобетон" (1989г.), Фактическая экономия затрат на топливо характеризуется 441 тыс. Грн. / Год; на заводе строительных материалов ПСГ "Интострой" (2002г.) и Одесском керамзитовом заводе (1997г.).

Разработки внедрения одобрены научно-техническим советом Министерства строительства УССР и рекомендовано для дальнейшего их использования на других заводах (1990г.).

Ожидаемая экономия на топливо на предприятиях Украины составляет 194 млн.грн / год ..

Материалы разработки теплоснабжения на основе использования повитряноструминного охлаждения вращающейся печи были представлены по запросам 11 специализооованих организаций Украины и Российской Федерации.

Результаты работы приняты Государственной инспекцией по энергосбережению для дальнейшего практического использования на предприятиях Одесского региона (дов. От 17.10.2003р.).

Основные теоретические и практические результаты работы апробированы промышленным производством. Это подтверждает полную готовность созданных комплексов к широкому внедрению на строительно-технологических предприятиях Украины.

Основные положения работы используются в учебномпроцессе кафедры "Отопления, вентиляции и охраны воздушного бассейна" ОГАСА (дов. от 21.10.2003р.).

Личный вклад соискателя. Основные идеи, научные и теоретические положения в создании технологии, оборудование и структурных систем комплексов теплоснабжения, а также практические рекомендации, предложено и разработано автором лично. В диссертации обобщены все результаты, полученные при выполнении вышеупомянутых научно-исследовательских работ в период с 1987г. в этом году, под его руководством. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат: [1] постановка и пути решения задач и обобщение результатов и выводы; [2, 3, 7] разработка схем и технических решений и аналитическое решения задач; [4 5, 8 10, 12 15, 19] постановка задач, с обобщением [16] параметров, разработка схем и физической модели [11], аналитические решения и выводы; [24, 27] разработка и обоснование систем и устройств с формулировкой новости изобретений. Подготовка исходных данных для практической реализации технологии и проектирование комплексов теплоснабжения, а также организация изготовления, внедрения и авторского сопровождения разработок, осуществлено автором лично. Внедрение результатов работы осуществлялось при содействии специалистов вышеупомянутых промышленных предприятий и ОГАСА, за что автор выражает им искреннюю благодарность.

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на научно-технических конференциях ОГАСА 1988 2003 г.г .; на заседании научно-технического совета Министерства строительства УССР, протокол №16 от 13.04.1990р., г.Киев; на расширенных технических советах ВО "Одесжелезобетон" и "Одесстрой", 1990 .; на республиканском семинаре "Моделирование и управление процессами деструкции композитных материалов", г.Одесса, 1988г .; на конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использование ресурсов", ГНТП, НПИ, Новополоцк, 1989 .; на научно-техническом семинаре "Современные способы очистки промышленныхвыбросов", ДНТП, НПІ, Новополоцьк, 1990р.; на семінарі "Улучшение экономических показателей тепловых агрегатов в металлургии и машиностроении", ДНТЗ, Пенза, 1991р.; на Міжнародній виставці-симпозіумі "Градостроительство, архитектура", м.Одеса, 1996р.; на 4-й Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми економії енергії", м.Львів, 2003р.; на 5-й Міжнародній науково-практичній конференції "Управління ефективним енерговикористанням", м.Одеса, 2003р.

Публікації. Основний положення дисертаційної роботи відображено в 27 друкованих працях, з яких 23 статті у науково-технічних журналах та збірниках наукових праць [1-23] і 15 патентах та авторських свідоцтвах, а також у 8 збірниках тез конференцій.

Об'єм роботи. Дисертація складається зі "Вступу", шести розділів "Основної частини", "Загальних висновків" та "Додатку". Вона викладена на 324 сторінках, з яких 271 сторінка тексту, 89 рисунків, 7 таблиць. Список використаних літературних джерел налічує 232 назви.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

Перший розділ присвячено аналізу нинішнього стану проблеми теплопостачання та покращенню енергозбереження в будівельно-технологічному виробництві.

Аналіз теоретичних і експериментальних досліджень (П.С.Колобков, Б.М.Лобаєв, А.Є.Єринов, Є.Є.Новгородський, Л.Т.Воробейчиков, І.З.Аронов, Л.Г.Семенюк і ін.), а також передового вітчизняного та зарубіжного досвіду практичного вирішення задач раціонального відбору і споживання вторинної теплоти з рухомих і стаціонарних поверхонь свідчить, що теплопостачання на основі утилізації енергії зовнішнього охолодження обертових печей, як засіб вирішення актуальної проблеми економії палива, на цей час не має задовільного розв'язку. Відомі технічні рішення з використання теплоти обертової печі, незначна частина з яких реалізована в промисловості, передбачують варіанти локального теплопостачання одного – двох абонентів без комплексного урахування можливостей регульованої генерації вторинної теплоти для підвищення енергоекономичности теплоснабжения.

Результаты патентно-лицензионного поиска средств и технических решений рациональной структуры укрытия теплоисточников, теория и практика их конструирования, свидетельствуют, что до сих пор они традиционно целевое назначение, преимущественно как локализующих средств. С позиций энергосбережения ними недостаточно учитываются уровень развития, возможности и условия реализации новых средств интенсификации теплообмена для более эффективного отбора и использования теплоты абонентскими системами. Очевидна целесообразность снижения теплостокив в окружающую среду, а также расширение возможностей их потребления системами различного назначения. При этом работа всех генерирующих систем "теплоисточников-укрытие" базируется на "пассивном" прохождении теплоносителя вдоль канала без организации регулируемого малозатратность отбора теплоты из охлаждаемой поверхности, а также на экранирующих свойствах элементов со слоем традиционной изоляции.

Результаты исследования эффективности теплообмена в радиационно-конвективных системах между смежными поверхностями цилиндрической вращающейся печи и концентрическим недвижимым экраном без искусственного воздушного охлаждения в реальных теплотехнических и геометрических характеристик показали, что в кольцевом зазоре, согласно значениям критерия Тейлора (Та = 2102 2 , 64103), налицо ламинарный режим движения теплоносителя с макровихорамы. По результатам анализа удельного теплового потока для источников с температурой поверхности до 300 ° С установлено, что для типового ряда по диаметрам вращающихся печей без искусственной интенсификации теплообмена, конвективная составляющая определяется, прежде всего, температурным уровнем охлаждающей поверхности, не превосходя 17% в общем потоке. Она мало зависит от соотношения диаметров печи и экрана и менее существенно от средней температуры поверхности экрана, которая определяется реальным диапазоном (50-90) ° С изменения расчетных температур теплоносителя в абонентских системах. Скорость вращения печи в диапазоне 0,033-0,066 1 / сувеличивает мощность конвективного потока в пределах 30%. Для указанных условий мощность радиационного теплового потока не превышает 3000 Вт / м2, которая явно заниженной относительно аналогичных значений по среднегодовому естественным охлаждением. Суммарно это раскрывает первопричину случаев перегревания поверхности печей обжига в системах без дополнительной интенсификации теплообмена, которые имели место в первых вариантах охлаждения агрегатов в таком исполнении.

При всей многочисленности однотипных решений теплоснабжения на основе водотрубных элементов (СССР, Румыния) преимущество имеют системы нагревом воды в плоскотрубних экранах (Германия, Англия), как в увеличении общей поверхности экранирование, так и в снижении гидравлического сопротивления с уменьшением материалоемкости и сложности устройства. Системы с плоскотрубнимы экранами, как показали результаты расчетно-теоретического анализа и подтвердила практика их применения, должны быть дополнены средствами искусственной интенсификации теплообмена, преимущественно воздушного охлаждения поверхности. Вместе с тем выполнены по такой схеме системы даже с усовершенствованными плоскотрубнимы экранами еще больше усложняются, что приводит к практической непригодности предложенных решений на этой основе. Кроме того, учитывая технологически обусловленную периодичность эксплуатации и нештатные ситуации в работе тепловых агрегатов, не исключается возможность замораживания водных контуров. Налицо сложность эксплуатационного регулирования для обеспечения необходимого режима охлаждения. Поэтому указанные системы имеют весьма ограниченное применение, что подтверждается прекращением их внедрения за

Загрузка...

Страницы: 1 2 3 4






Ещё Рефераты по вашей теме

ФОРМИРОВАНИЕ ГОТОВНОСТИ К ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ - Автореферат
ХИРУРГИЧЕСКОЕ лечения неосложненных несвежих И застарелых повреждений шейных позвонков - Автореферат
Тепломассообмен в глубоководных генераторах водорода НА ОСНОВЕ ГИДРОРЕАГУЮЧИХ веществ - Автореферат
РОЛЬ коры МОЗГА И подкоровых АМИНЕРГИЧНИХ СТРУКТУР В ОРГАНИЗАЦИИ целенаправленно поведенческого акта - Автореферат
Агроэкологические основы СОЗДАНИЕ ПАСТБИЩНОГО конвейеры для молодняка крупного рогатого скота мясного направления продуктивности в условиях радиоактивного загрязнения Полесья УКРАИНЫ - Автореферат
Семантика-функциональной природы фразеологизмов в художественной прозе закарпатоукраинського ПИСАТЕЛЕЙ (40-90 гг. ХХ в.) - Автореферат
УПРАВЛЕНИЕ СТОИМОСТЬЮ наукоемких машиностроительных предприятий - Автореферат