Федоров Сергій Сергійович. Підвищення ефективності використання палива в енергетичних та технологічних агрегатах на основі автономних регенеративних підігрівників

brief description

Федоров Сергій Сергійович. Підвищення ефективності використання палива в енергетичних та технологічних агрегатах на основі автономних регенеративних підігрівників : Дис... канд. наук: 05.14.06 2006

Федоров С. С. Підвищення ефективності використання палива в енергетичних і технологічних агрегатах на основі автономних регенеративних підігрівників. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2006.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності використання палива в енергетичних та технологічних агрегатах з використанням автономних регенеративних підігрівників на основі насипних насадок.
Розроблено і реалізовано на ПЕОМ математичну модель автономного регенеративного підігрівника з насипною насадкою, що враховує теплообмін у наднасадочному просторі, перенос теплоти теплопровідністю в насадці, втрати теплоти через теплову ізоляцію, залежність теплофізичних властивостей матеріалів і теплоносіїв від температури.
Встановлено ступінь впливу наднасадочного простору на показники роботи автономного регенеративного підігрівника: показано, що врахування фактора при моделюванні процесів теплообміну в регенераторі забезпечує підвищення точності визначення температури нагрівання теплоносія до 8 11 %.
Вперше отримані безрозмірні залежності, що встановлюють зв'язок температури нагрівання газу, амплітудою її зміни за цикл і максимальної температури димових газів з режимними і конструктивними параметрами кулькового регенератора.
На основі рішення задачі оптимізації режимних і конструктивних параметрів кулькових регенераторів по мінімуму капітальних і експлуатаційних витрат отримані залежності для визначення оптимальної висоти насадки при нагріванні доменного газу й повітря.
Розроблено рекомендації з вибору матеріалу залежно від заданої температури підігріву теплоносія та методика проектного розрахунку розмірів насадки компактного регенератора.
Розроблено конструкцію автономного регенеративного підігрівника з насипною насадкою й схеми його спільної роботи з парогенератором і нагрівальною методичною піччю.

В дисертації вирішено важливу науково-технічну задачу зниження споживання природного газу в енергетичних та технологічних агрегатах металургійної галузі шляхом розробки автономних регенеративних підігрівників з насипною насадкою та систем опалення на їх основі.
Основні результати роботи полягають у наступному:

Аналіз роботи споживачів доменного газу показав, що перспективним напрямком підвищення ефективності його використання в енергетичних та технологічних агрегатах є високотемпературне нагрівання доменного газу і повітря горіння в автономних регенеративних підігрівниках з насипною насадкою.
Розроблено математичну модель автономного регенеративного підігрівника з насипною насадкою, що враховує теплообмін у наднасадочному просторі, перенос теплоти теплопровідністю в насадці, втрати теплоти в навколишнє середовище через теплову ізоляцію, залежність теплофізичних властивостей матеріалів і газів від температури. Модель дозволяє виконувати розрахунки температури нагрівання «холодного» теплоносія з погрішністю 5 12 % у порівнянні з експериментальними даними.

На підставі результатів чисельних досліджень показана необхідність врахування впливу наднасадочного простору компактного регенератора при моделюванні, що дозволяє підвищити точність визначення температури нагрівання «холодного» теплоносія до 8 11 %.

Отримано безрозмірні залежності, що встановлюють зв'язок температури нагрівання газу, амплітуди її зміни за цикл і максимальної температури димових газів з режимними та конструктивними параметрами компактного кулькового регенератора в діапазоні: діаметра елементів насадки - 0,01 0,03 м; висоти насадки - 0,3 1,2 м; швидкості теплоносіїв - 0,3 1,2 м/с.
На підставі експериментальних і розрахунково-теоретичних досліджень роботи автономного регенеративного підігрівника встановлено, що основний вплив на ефективність роботи насипної насадки роблять її розміри (висота та діаметр елементів), вплив же матеріалу насадки на даний показник незначний.
На основі рішення завдання оптимізації режимних і конструктивних параметрів компактних регенераторів по мінімуму капітальних і експлуатаційних витрат отримані залежності для визначення оптимальної висоти кулькової насадки при нагріванні доменного газу і повітря як функції діаметра елементів, температури «гарячого» теплоносія на вході, терміну служби насадки, співвідношення вартості електроенергії і матеріалу насадки, співвідношення видаткових теплоємкостей потоків.
Розроблено методику проектного розрахунку кулькової насадки компактного регенератора, що заснована на отриманих залежностях для оптимальної висоти насадки, безрозмірної температури нагрівання «холодного» теплоносія, безрозмірної амплітуди коливання температури нагрівання за цикл, безрозмірної максимальної температури димових газів, а також дані рекомендації з вибору матеріалу насадки.
Розроблено конструкцію автономного регенеративного підігрівника доменного газу, обладнаного стабілізатором температури нагрітого теплоносія у вигляді додаткової насипної насадки (Деклараційний патент на корисну модель № 11851).
Розроблено схеми спільної роботи регенеративних підігрівників доменного газу й парових казанів: з відбором продуктів згоряння з топкової камери парогенератора (Деклараційний патент на корисну модель № 11349); з автономним опаленням регенеративної насадки. Запропоновані схеми забезпечують підвищення продуктивності казана й скорочення споживання природного газу.
Розроблено технологічну схему спільної роботи регенеративного підігрівника й нагрівальною методичною піччю дротового стана ДС-250-3 сортопрокатного цеху № 2 ВАТ «Криворіжсталь». Очікувана економія природного газу на печі становить 3586,4 тис. м3/рік, економічний ефект у цінах 2004 р. - 678,4 тис. грн/рік.