Повышение эффективности нагрева прутковых заготовок в пламенных щелевых печах с целью снижения удельного расхода топлива

• Автор: Иванов, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 197 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Анализ основных направлений по энергосбережению при нагреве металла в щелевых печах

1.1. Анализ существующих конструкций щелевых печей.

1.2. Анализ энергосберегающих направлений в щелевых печах.

1.3. Повышения качества нагрева металла, пути снижение окисления и обезуглероживания стали

1.4. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Исследование нагрева заготовок и тепловой работы щелевых печей

2.1. Описание объекта исследования. Методика проведения эксперимента .

2.2. Анализ нагрева заготовок и тепловой работы щелевых печей в стационарном режиме.

2.3. Анализ тепловой работы щелевых печей в нестационарном режиме .

2.4. Разработка конструкции энергосберегающей щелевой печи

2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Математическое моделирование процессов теплообмена при нагреве металла в щелевой печи
3.1. Математическая модель нагрева металла в энергосберегающей щелевой печи.
3.2. Математическая модель теплообмена и газодинамики факела плоскопламенной горелки
3.3. Результаты математического моделирования процессов теплообмена и газодинамики при нагреве металла в щелевой печи
3.4. Проверка адекватности математических моделей
3.5. Выводы по главе 3
Глава 4. Анализ энергоэффективности конструкции спроектированной печи и разработка энергосберегающих режимов нагрева заготовок.
4.1. Анализ эффективности внедрения энерго и ресурсосберегающих
мероприятий в разработанной печи.
4.2. Разработка энергосберегающих режимов наг рева заготовок
4.3. Экономическая эффективность реконструкции печи
4.4. Перспективные направления продолжения исследований
4.5. Выводы по главе 4.
Заключение
Библиографический список.
Приложение А Расположение точек замеров в исследуемой щелевой
нагревательной печи НТ3
Приложение Б Состав газов, температур и давлений в печах.
Приложение В Температурные поля кладки с внешних сторон печи
Приложение Г Температурные поля заготовок при нагреве
Приложение Д Характеристика, используемого при проведении замеров
оборудования и приборов
Приложение Е Режимы работы печей за смену
Приложение Ж Энергосберегающая нагревательная щелевая печь.
Приложение 3 Алгоритм расчта математической модели
Приложение И Проверка адекватности математической модели.
Приложение К Энергосберегающие режимы нагрева заготовок
Приложение I Смета на строительство печи
ВВЕДЕНИЕ


На первом этапе анализируются существующие системы отопления и происходит выбор наиболее рациональных систем для рассматриваемого типа нагревательных печей. На втором этапе производится системный анализ и классификация способов интенсификации тепловых процессов, с одной стороны, и снижения тепловых потерь из рабочего пространства печи с другой. Максимальный эффект повышения эффективности топливоиспользования при реконструкции или проектировании нагревательных печей достигается при реализации нескольких методов интенсификации тепловых процессов в сочетании с энергосберегающими направлениями. Согласно общей теории печей существуют три тепловых режима радиационной работы печей прямой направленный нагрев ПНН, косвенный радиационный нагрев КРН, равномерно распределенный нафев РРН. Другие режимы работы обычно не рассматриваются, так как при высокотемпературном нафеве имеет смысл анализ только радиационных режимов работы печей . Задачи теоретического и экспериментального сопоставления эффективности радиационноконвективных тепловых режимов работы печей рассматривались в работах 2, 4, и др В монографии Б. ПНН, наименее эффективным режим РРН. Этт вывод совпадает с результатами расчетов В. Г. Лисиенко , выполненных на модели плоского слоя при профилях температур, принятых из эксперимента. Режим РРН во многих работах по сопоставлению эффективности режимов теплообмена в печах принят в качестве базового, как наименее эффективный. Эффективность режимов направленного теплообмена возрастает по мере увеличения максимальной температуры на оси факела Т,о и максимальной скорости на оси факела и1. Однако влияние ит0 намного более существенно для режима ПНН, чем КРН. Эффективность режима КРН возрастает по мере увеличения Тм, а режима ПНН может ухудшаться. Это связано с усилением роли лучистой составляющей и ослаблением конвективной по мере сближения температур теплоотдающей среды и тепловоспринимающей поверхности. В режиме КРН прямая конвективная составляющая к приемнику в расчетах результирующего теплового потока на металл составляет ,5 и 5. Ти 0 и К Тт0 К иг0 0 мс степень черноты кладки 0,8 степень черноты металла л 0,8. В режиме ПНН доля прямой конвекции к приемнику в при тех же условиях составляет и ,5 соответственно . Энергетические преимущества печей скоростного нагрева могут быть выявлены только при плотной установке горелок, приближении их к приемной поверхности, то есть когда газы с высокими скоростями и температурами покрывают основную площадь теплоприма. По указанной причине системы струйного нагрева используются для отопления сравнительно небольших агрегатов, преимущественно для нагрева термически тонких тел 2. Печи скоростного конвективного нагрева отличаются малой тепловой инерцией и работают в режиме малоокислительного нагрева для углеродистой стали угар составляет 0,,5 . Печи КРН обладают энергетическими сокращение расходов топлива, увеличение КИТ, технологическими высокое качество нагрева, точность поддержания заданных режимов, равномерность температурных полей на поверхности обрабатываемых изделий, сокращение потерь металла от окисления и обезуглероживания и экологическими резкое снижение выбросов токсичных веществ, прежде всего оксидов азота 0 преимуществами по сравнению с другими печами 2. Исследования по сопоставлению расходов топлива или энергетического КПД печей при отоплении с помощью различных горелок и при замене их нлоскопламенными горелками производились как в РФ, так и за рубежом 2, 4, , и др Отопление печей с помощью плоскопламенных горелок при нагреве образцов как в стационарных, гак и в нестационарных условиях показали относительные значения прироста КПД от до почти двукратного, в зависимости от типа сравниваемых горелочных устройств, их компоновки в рабочей камере, рабочей схемы и температурного уровня печи. Проведенные в США сопоставительные исследования на щелевых печах показали, что использование радиационного нагрева позволяет повысить КПД печей в раза, а перевод любых камерных печей на сводовое отопление окупается всего за 1 год только в результате экономии топлива 4.