Разработка перспективной модели энергоэффективной плавильной установки на основе регенерации тепловых отходов

• Автор: Тугучева, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Введение.

Глава 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ

ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ В ПЛАВИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

Выводы по главе

Глава 2. ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ПЛАВИЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ

2.1. Энергоемкость технологии производства полупродукта

в действующей плавильной ТТУ

2.2. Теоретический минимум энергоемкости технологии производства полупродукта в ТТУ.

2.2.1. Расчет удельных расходов компонентов

исходного материала.

2.2.2. Теоретический минимум видимого расхода топлива

в плавильной установке
2.3. Показатели энергоэффективности в плавильных ТТУ производства различных видов стекол.
Выводы по главе 2.
Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ПЛАВИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ПКПС ПЛАВИЛЬНОЙ КАМЕРОЙ С ПЕРФОРИРОВАННЫМ СЛОЕМ
3.1. Принципиальная схема ПКПС.
3.2. Математическое моделирование ПКПС.
3.2.1. Концептуальная модель ПКПС.
3.2.2. Математическое описание и программная реализация.
3.2.2.1. Система уравнений
3.2.2.2. Условия однозначности
3.2.2.3. Метод решения и программная реализация.
3.3. Исследование дополнительных возможностей
математической модели
3.3.1. Исследование неравномерности распределения
газового потока по параллельно включенным каналам.
3.3.2. Исследование влияния турбулизации потока газов
в параллельно включенных каналах на коэффициент теплоотдачи.
3.4. Исследование тепловой работы ПКПС.
3.4.1 Влияние режимных параметров на тепловую работу ПКПС.
3.4.2 Влияние геометрических параметров на тепловую работу ПКПС.
3.5. Условия энергоэффективного применения ПКПС в составе тепловой схемы плавильной установки
3.6. Анализ термомеханических характеристик слоя.
Алгоритм определения скорости движения материала в ПКПС
3.7. Тепловые схемы плавильных установок с глубокой
комплексной регенерацией тепловых отходов
3.8. Обеспечение эксплуатационной надежности тепловой работы ПКПС. Выводы по главе 3
Глава 4. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВКИ С ПКПС. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАБОТЫ УСТАНОВКИ С ПКПС.
4.1 Расчет экономических показателей установки с ПКПС.
4.2 Оценка экологичности работы установки с ПКПС.
Выводы по главе 4
Заключение
Библиографический список
Приложение 1.
Приложение 2.
Приложение 3.
Список основных обозначений
вг высокотемпературные газы
ВТ зона внешнего теплоиспользования
ВТУ высокотемпературная теплотехнологическая установка
го газовые отходы
им исходный материал
КПИтту коэффициент полезного использования энергии первичного топлива в теплотехнологической установке ог отходящие газы ок окислитель
ОТО камера зона основной тепловой обработки
ПКГ камера зона подогрева компонентов горения на отходящих газах ПКПС плавильная камера с перфорированным слоем технологического материала пп полупродукт
ПТО камера зона предварительной тепловой обработки
РПИМ0Г регенеративный подогреватель исходного материала на отходящих
т топливо
тп технологический продукт
ТРО камера зона технологически регламентированного охлаждения ТТР теплотехнологический реактор ТТУ теплотехнологическая установка у г уходящие газы у.т условное топливо
Э., энергоемкости технологии производства продукта
соответственно в реальной ТТУ и в ее идеализированном аналоге
энергоемкость исходных материалов, полученных в реальной ТТУ и в ее идеализированном аналоге
Эр, Эр энгiкть топливноэнергетических ресурсов,
потребленных в реальной ТТУ и в ее идеализированном аналоге ЛЭ потенциал интенсивного энергосбережения в ТТУ
Ь, Ь соответственно удельный видимый расход топлива и теоретический минимум удельного видимого расхода топлива в ТТУ ир массовая доля расплава на выходе из ПКПС
трег коэффициент регенерации тепловых отходов в ПКПС
IV отношение теплоемкостей потоков газа и материала в ПКПС иСТб массовая доля стеклобоя в исходной шихте ко2 объемная доля кислорода в окислителе
Введение


Таким образом, цель данной работы можно сформулировать как разработка перспективной модели плавильной установки, в которой обеспечивается энергосберегающий эффект посредством регенерации тепловых отходов при использовании плавильной камеры с перфорированным слоем исходного материала. ПКПС в составе тепловых схем стекловаренных установок. Впервые установлена зависимость массовой доли расплава на выходе из ПКПС и коэффициента регенерации тепловых отходов от совокупности геометрических параметров каналов и режимных параметров камеры для условий стекловаренного процесса. Впервые определена область значений структурных, режимных и конструктивных параметров стекловаренных установок, в которой обеспечивается наибольший энергосберегающий эффект на основе применения ПКПС. Разработан алгоритм поддержания стабильной тепловой работы перфорированного слоя материала посредством локальных тепловых воздействий на опорное основание слоя. Разработанная методика выбора параметров ПКПС для ее энергоэффективного применения может быть использована в проектноконструкторских организациях для создания новой энергосберегающей техники в стекловаренных производствах. Разработанная компьютерная реализация математической модели ПКПС может быть использована в научноисследовательских организациях для энергетического совершенствования высокотемпературных технологических процессов, основанных на плавлении минеральных материалов. Разработанные методики и алгоритмы проведения исследований, реализованные в данной работе для стекловаренных установок, могут быть применены для решения задачи энергосбережения в других теплотехнологических плавильных процессах и установках. Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению Теплоэнергетика и теплотехника, специальностям Энергетика теплотехнологии, Промышленная теплоэнергетика. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на , , , Международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, Москва, гг. Энергетики и металлурги настоящему и будущему России, Магнитогорск, г. Сибири, Братск, , , гг. Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи Интеграция науки и образования как фактор опережающего развития системы профессионального образования, Москва, г. Публикации. Основные научные положения и выводы диссертационной работы изложены в опубликованных работах, в том числе в 4 публикациях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из наименований, и приложений. Общий объм диссертации составляет 1 страница, включая рисунков, таблиц и 3 приложения. Глава 1. Как сказано во введении, комплексная задача энергосбережения в плавильных производствах рассматривается и решается на примере стекловаренных теплотехнологических установок ТТУ. Классификация основных направлений энергосберегающих мероприятий для снижения энергопотребления в стекловаренных установках представлена на рис. Среди всех направлений энергосбережения в стекловаренных установках подогреватели исходных материалов выделяются рядом исследователей как наиболее перспективные технические решения . Энергосберегающий эффект от применения регенеративного подогрева исходного материала можно проиллюстрировать на примере стекловаренной установки в системе производства стекловолокна производительностью тсутки. Сопоставим схему I с регенеративным подогревателем окислителя на отходящих газах, без подогрева исходного материала, и схему II с регенеративным подогревателем исходного материала на отходящих газах, без подогрева окислителя. Введем обозначения удельных расходов топлива в пересчете на условное, кгт Ьок в схеме I с регенеративным подогревом окислителя Ьим в схеме II с регенеративным подоревом исходного материала. II представлены на рис. Кривые 1 и 2 соответствуют схеме I с подогревом окислителя, кривые 3 и 4 схеме II с подогревом исходного материала. Рнс.