Повышение эффективности работы высокотемпературных теплотехнологических установок на основе математического моделирования процессов сложного теплообмена

• Автор: Скуратов, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 430 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ИХ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ

1Л. Практика работы ряда металлургических печей и теплоэнергетических агрегатов

1Л Л. Пламенные печи при сводовом отоплении 1 Л.2. Агрегаты для автогенной плавки сульфидного сырья 1 Л.З. Топки паровых котлов на канско-ачинских углях 1 Л.4. Диагностика надежности и управление работой установок

1.2. Расчетные методы анализа металлургических и топочных процессов

1.2.1. Краткая характеристика методов исследования высокотемпературного теплообмена в пламенных печах и топках

1.2.2. Методы расчета печей и энерготехнологических комплексов автогенной плавки

1.2.3. Общие принципы построения многозональных моделей сложного теплообмена и пути их совершенствования

1.3. Постановка задач исследования

2. РАЗВИТИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ МНОГОЗОНАЛЬНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА
2.1. Методика уточнения параметров лучистого теплообмена в трехмерных многозонных системах со сложной конфигурацией нагреваемых тел
2.2. Зонально-узловой метод расчета несимметричного нагрева термически массивного металла сложной формы
2.3. Методика уточнения зонального решения в моделях нагревательных печей
2.4. Алгоритм расчета переноса излучения в трехмерных многозонных системах с неоднородной поглощающей и рассеивающей средой
2.5. Методика многозонального расчета параметров гарнисажной футеровки
2.6. Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ В ПРОХОДНЫХ ПЕЧАХ
3.1. Математические модели теплообмена в печах с шагающим подом и кольцевых печах со сводовым отоплением

3.2. Теплообмен излучением при различном расположении металла и факела в печи
3.3. Анализ особенностей несимметричного нагрева металла прямоугольного и круглого сечения
3.4. Интенсификация нагрева металла в печах при наличии сводового факела
3.5. Моделирование и анализ нестационарного теплообмена в переходных режимах (на примере нагрева и охлаждения металла в кольцевой печи)
3.6. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ
4.1. Математические модели теплообмена
4.2. Анализ теплообмена при торцевом отоплении
4.3. Анализа теплообмена при сводовом отоплении
4.4. Выбор рациональных условий комбинированного отопления
4.5. Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ АВТОГЕННОЙ КИСЛОРОДНО-ФАКЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
5.1. Обобщенная математическая модель теплообмена
5.2. Теплообмен в промышленной печи кислородно-факельной плавки
5.2.1. Зональная модель теплообмена и ее анализ
5.2.2. Экспериментальная оценка адекватности зональной модели
5.2.3. Влияние учета селективности и рассеяния излучения среды
5.2.4. Параметрический анализ теплообмена при торцевом расположение горелочных устройств (горизонтальном факеле)
5.2.5. Выбор рациональных условий охлаждения огнеупорной кладки
5.2.6. Анализ теплообмена в печах при сводовом расположении горелочных устройств (вертикальном факеле)
5.3. Разработка нового промышленного агрегата для получения белого матта (черной меди) и высокоосновных шлаков
5.3.1. Краткая характеристика новой технологии плавки
5.3.2. Сравнительный анализ эффективности различных конструкций печи
5.3.3. Отработка рациональных конструкции и режимов теплообмена в проектируемой печи
5.4. Выводы

6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА АВТОГЕННОЙ ПЛАВКИ ВАНЮКОВА
6.1. Сопряженная математическая модель теплообмена в энерготехнологическом комплексе "печь Ванюкова - котел-утилизатор"
6.2. Анализ теплообмена в надслоевом пространстве печи
6.2.1. Влияние конструкции печи
6.2.2. Влияние режимных параметров
6.3. Оптимизация процесса дожигания технологического уноса в под-сводовом пространстве печи
6.4. Выбор рациональной конструкции котла-утилизатора
6.5. Выводы
7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ АГРЕГАТОВ АВТОГЕННОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ФАКЕЛЬНО-БАРБО-ТАЖНОЙ ПЛАВКИ МЕДНОГО СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ
7.1. Краткая характеристика нового технологического процесса и опытной полупромышленной установки
7.2. Комплексная теплофизическая модель процесса плавки
7.3. Исследование особенностей процесса плавки в условиях полупромышленной установки
7.3.1. Результаты экспериментальных исследований
7.3.2. Результаты расчетно-аналитического анализа
7.3.3. Принцип оптимизации тепловых режимов
7.4. Разработка эффективных конструкции и режимов теплообмена в проектируемом промышленном печном агрегате
7.4.1. Краткая характеристика агрегата и его теплофизической модели
7.4.2. Выбор рациональной схемы охлаждения футеровки
7.4.3. Параметрический анализ процесса плавки
7.4.4. Выбор оптимального теплового режима плавки
7.5. Выводы
8. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ ПРИ ФАКЕЛЬНОМ СЖИГАНИИ ШЛАКУЮЩИХ КАНСКО-АЧИНСКИХ УГЛЕЙ
8.1. Анализ влияния параметров пристенного слоя на шлакование топочных экранов при опытном сжигании березовского угля
8.2. Анализ особенностей процессов теплообмена в тангенциальных топках при сжигании березовского угля (на примере котла БКЗ-210)

ским процессом результатов измерения показателей локального теплообмена (например, падающих тепловых потоков) на действующем агрегате совместно с математическим моделированием процессов горения и теплообмена /121, 122/.
Наличие математического описания объекта является необходимым условием осуществления любой системы управления. Основу математического описания должна составлять диагностическая модель тепловой работы установки в реальном масштабе времени, содержащая систему уравнений, которые описывают зависимость диагностических параметров (например, показателей локального теплообмена) от режимных параметров. Эта модель (модель сопровождения) в свою очередь может быть построена на основе зонального метода, который позволяет получить обширную информацию об особенностях протекающих в установке теплофизических процессов и решить ряд практических задач выбора оптимальных режимов работы /114/. Многозонные математические модели также могут быть использованы в качестве основы для разработки управляющих моделей оптимизации теплотехнологических процессов. При этом серия численных экспериментов, выполняемая по определенному плану /123, 124/ и включающая имитацию характерных нарушений и отклонений режимных параметров (ситуаций), позволяет определить их влияние на тепловые и температурные поля установки. Модель сопровождения может формироваться посредством аппроксимации результатов численных экспериментов уравнениями регрессии /124, 125/, где в качестве факторов (независимых переменных) выступают режимные параметры, а в качестве откликов (зависимых переменных) расчетные значения локальных и интегральных характеристик теплотехнологического процесса. Для корректировки расчетных результатов применительно к конкретным ситуациям необходимо непосредственное измерение хотя бы ограниченного объема диагностических параметров, характеризующих локальный теплообмен в установке. Сочетание результатов математического моделирования с постоянным контролем локального теплообмена (распределение температур, падающих и воспринятых тепловых потоков) позволяет создать систему автоматизированного управления теплотехнологическим процессом (АСУ ТП) с объективно контролируе-