Повышение энергетической эффективности высокотемпературных теплотехнологических установок за счет термохимической регенерации теплоты

• Автор: Пащенко, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ

ТЕПЛА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВТУ

1.1 Термическая регенерация

1.2 Использование термохимической регенерации теплоты на базе паровой конверсии природного газа.
1.3 Перспективы использования термохимической регенерации теплоты за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания.
1.3.1 Энергоэффективное техническое решение термохимической регенерации теплоты через поверхность нагрева

1.3.2 Термохимическая регенерация теплоты при конверсии

природного газа продуктами сгорания на нагретом катализаторе

1.3.3Технологическое использование схемы термохимической регенерации теплоты с интегрированным мембранным реактором
1.4 Постановка целей и задач исследования
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
ГЛАВА II. ТЕРМОДИНАМИКА ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ
2.1 Механизм процесса
2.2 Балансовые уравнения.
2.2.1 Уравнения материального баланса
2.2.2 Уравнения энергетического баланса
2.2.3 Состав конвертированного газа
2.3 Максимальная степень конверсии метана
2.4 Эффективные технологические параметры функционирования системы
термохимической регенерации теплоты
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II.
ГЛАВА III. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
3.1 Математическое описание модели прямоточного реакционного элемента
3.2 Модель химического реагирования.
3.3 Расчет массообменных процессов на элементарном участке
3.4 Теплообменные процессы на элементарном участке
3.5 Определение теплофизических свойств реакционной смеси.
3.6 Описание алгоритма расчета
3.7 Ввод начальных данных.
3.8 Результаты расчетов процессов тепломассообмена
3.8.1 Показатели массообмена.
3.8.2 Результаты расчета теплообмена в реакционном элементе
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III
ГЛАВА IV. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ НА ПРИМЕРЕ КУЗНЕЧНОЙ ПЕЧИ.
4.1 Схемное решение использования термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов
4.1.1 Схема кузнечной печи с термохимической регенерацией теплоты отходящих дымовых газов.
4.1.2 Термохимический реактор
4.2 Тепловой баланс в рабочей камере печи.
4.3 Сравнительная оценка энергетической эффективности.
4.4 Экологическая эффективность
4.5 Сравнительный анализ экономический эффективности.
4.6 Расчет основных показателей экономической эффективности
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV.
Список использованных источников


Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, ); XVI-XVII Международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, -); Международной выставке «Научно техническое творчество молодежи » (Москва, ); «Expo-Science Europe » (Москва, ); Russian - Balkan Forum «Innovations in Education, Science and Technologies» (Serbia, Belgrade, ); Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, ); МИЦ «Система-Саров» (РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров, ). Публикации. Основное содержание работы изложено в публикациях, в том числе б статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, в 1 патенте на полезную модель. Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 2 страницах текста, содержащий рисунков, таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения в виде коротких выводов, списка использованной литературы из 1 наименования, 4 приложений. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору Щёлокову Анатолию Ивановичу за предложенную им актуальную и интересную тему исследования, а также за внимательное руководство и помощь при выполнении работы. Автор выражает благодарность коллективу кафедры «Промышленная теплоэнергетика» Самарского государственного технического университета, сотрудникам кафедры «Энергетика высокотемпературных технологий» Московского энергетического университета и сотрудникам кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета за ценные замечания в процессе подготовки и обсуждения диссертационной работы. ГЛАВА I. Промышленные высокотемпературные теплотехнологические установки (ВТУ) тяжелой промышленности являются одними из основных потребителей топлива в стране, причем в них, как правило, расходуются наиболее ценные сорта топлива: мазут и природный газ. В подавляющем большинстве случаев ВТУ работают с весьма низким КГІД, величина, которого в производственных условиях чаще всего не превышает -% [6, , ]. Низкий КПД таких установок обусловлен в основном очень большими потерями тепла с отходящими дымовыми газами, достигающими иногда -% от количества энергии, подведенной в установку с топливом. Потери тепла с отходящими продуктами сгорания бывают очень значительными (табл. КПД установки, приводят к большому перерасходу топлива. Таблица 1. Большие тепловые потери в таких установках вызывают необходимость утилизации теплоты отходящих дымовых газов. Целесообразно осуществлять утилизацию тепла таким образом, чтобы часть тепла дымовых газов могла быть возвращена обратно в рабочее пространство ВТУ. Это повышает КПД установки, приводит к экономии топлива. Причём, чем больше тепла дымовых газов возвращено в ВТУ, т. Наиболее часто применяемым в промышленности способом регенерации теплоты отходящих дымовых газов является термическая регенерация — подогрев воздуха, идущего на горение. В результате чего, увеличивается КПД установки, а следовательно, осуществляется экономия топлива. Чтобы часть тепла дымовых газов возвратить в рабочее пространство печи, необходимо тепло, отобранное в теплообменнике, передать воздуху и/или топливу, подаваемых в печь для горения. Подобным образом, с передачей тепла воздуху или газообразному топливу, работают теплообменники рекуперативного и регенеративного типа. Кроме того, тепло дымовых газов может быть использовано в котлах-утилизаторах. В этом случае утилизация тепла дымовых газов, хотя и даёт положительный экономический эффект, «непосредственно на работу печи не влияет. Предварительный подогрев одного из компонентов горения оказывает значительное влияние на скорость и температуру горения. Максимальная скорость, горения значительно увеличивается- с увеличением предварительного подогрева одного из компоненте в«[3 5 ]. Величину экономии топлива в зависимости от его теплоты сгорания и различных температурных условий работы печи и рекуператора можно определить, как показал Б. Р - экономия топлива, по отношению к расходу топлива при работе печи без подогрева воздуха, %; Н, - энтальпия 1 м3 дымовых газов в топке, кДж/м3; Н2 — энтальпия 1 м3 дымовых газов на выходе из печи, кДж/м3; Т| — отношение энтальпии подогретого воздуха к энтальпии отходящих дымовых газов, эту величину также называют степенью рекуперации тепла. Рис. На рис.