Введение
1 Повышение эффективности теплотехнологических процессов
в промышленных печах
1.1 Способы использования вторичных энергетических ресурсов
1.2 Технико-экономическая эффективность использования ВЭР
1.3 Способы высокотемпературного подогрева воздуха
в промышленных печах
1.4 Современные конструкции рекуператоров
1.5 Выводы и постановка задачи исследования
2 Расчетное исследование тепломассопереноса в рекуператорах
2.1 Расчет передачи теплоты в рекуператорах
2.2 Интенсификация теплообмена в рекуператорах
2.3 Выводы по главе 2
3 Разработка конструкции промышленной печи с встроенным блочным
рекуператором
3.1 Блочный принцип конструирования струйного рекуператора
в промышленной печи
3.2 Расчет блочных рекуператоров
3.3 Сравнительная оценка эффективности работы рекуператора
3.4 Выводы по главе 3
Заключение
Список использованных источников
достигают 50-60 % от количества тепла, подводимого в печь.
Эффективным способом повышения технико-экономических показателей работы теплотехнологического оборудования является комплексное использование теплоты отходящих продуктов сгорания для энерготехнологических целей -вторичных энергоресурсов (ВЭР).
Технико-экономическое сравнение существующих схем энерготехнологического использования теплоты отходящих продуктов сгорания высокотемпературных промышленных печей показало преимущество схемы «печь - рекуператор» над схемой «печь - котел - утилизатор».
Возврат в печь части теплоты отходящих продуктов сгорания путем подогрева компонентов горения в рекуперативных устройствах является лучшим методом повышения термического КПД печей. Рекуперация тепла обеспечивает экономию топлива, способствует ускорению технологических процессов, расширяет возможности использования низкокалорийных топлив,
вследствие повышения температуры горения топлива.
Задача повышения эффективности работы современных печных рекуператоров, создание новых, более эффективных и менее металлоемких конструкций в настоящее время актуальна в связи с острой необходимостью экономии топлива и металла.
Эффективность работы металлических рекуператоров можно повысить путем интенсификации в них процессов передачи теплоты. Однако задачу повышения тепловой эффективности рекуператоров нельзя рассматривать в отрыве от улучшения других технико-экономических показателей, таких, как компактность и технологичность изготовления, затраты энергии на перемещение воздуха и продуктов сгорания, расход жаростойких сталей оборудования (например, дымососов).
В магистерской работе рассмотрены способы повышения технико-экономической эффективности высокотемпературного подогрева воздуха в промышленных печах. При рассмотрении современных конструкций рекуператоров проведен сравнительный анализ некоторых из существующих способов интенсификации теплообмена на воздушной стороне рекуператоров. Анализ литературных источников показал, что при направленном натекании потока воздуха на теплообменную поверхность интенсивность теплоотдачи увеличивается в 2.4 раза по сравнению с другими методами интенсификации теплообмена при одинаковых затратах энергии и равном подогреве воздуха.
Предложена конструкция рекуператора, основанная на блочном принципе построения его элементов в промышленной нагревательной печи.
Эффективным способом снижения расхода топлива в промышленных печах является подогрев воздуха в металлических рекуператорах за счет утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания. Поэтому большое внимание уделяется интенсификации процессов теплообмена в рекуператорах,созданию новых более экономичных и менее металлоемких конструкций.
Целью магистерской диссертации являлось создание эффективной конструкции рекуператора в промышленных печах со струйным натеканием воздуха на теплообменную поверхность.
Получены следующие результаты научно-исследовательской работы.
1. Рассмотрены существующие способы использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Показана технико-экономическая эффективность использования ВЭР в промышленных теплотехнологических установках различного назначения. Проведен сравнительный анализ эффективности различных способов высокотемпературного подогрева воздуха в промышленных печах.
2. Приведены современные конструкции металлических рекуператоров,применяемых в промышленных нагревательных и термических печах,позволяющие повысить технико-экономическую эффективность их работы путем интенсификации процессов передачи теплоты между теплоносителем и тепловоспринимающими элементами.
3. Показана необходимость в разработке конструктивных схем рекуператоров,которые, наряду с теплоэнергетической эффективностью, позволяют повысить такие технико-экономические показатели, как компактность и технологичность изготовления, затраты энергии на перемещение воздуха и продуктов сгорания, расход жаростойких сталей на изготовление, необходимость установки на печи дополнительного оборудования, повышающего эффективность процессов теплообмена и аэродинамики.
4. Проведен сравнительный анализ различных методов интенсификации конвективного теплообмена на воздушной стороне рекуператоров. Показана целесообразность применения струйного натекания воздуха на теплообменную поверхность для интенсификации процессов теплопередачи в промышленных рекуператорах.
5. Проведен расчетный анализ изменения температуры дымовых газов и воздуха на поверхности разделительной стенки рекуператора при противоточном и прямоточном движении дымовых газов и нагреваемого воздуха.
6. Проведен сравнительный анализ различных схем интенсификации теплообмена (отвода теплоты от теплообменной поверхности) в каналах различного типа: с гладкими стенками; прерывистыми ребрами; «диффузор–конфузор»; струйном натекании воздуха. Установлено, что:
– увеличение конвективной составляющей в теплоотдаче от продуктов сгорания связано с увеличением скорости движения последних и ограничено ростом аэродинамического сопротивления дымового тракта. Лучистая составляющая теплоотдачи определяется температурой и степенью черноты продуктов сгорания и излучающих поверхностей;
– наиболее эффективным способом увеличения интенсивности теплообмена в рекуператорах является применение ударного обтекания теплообменных поверхностей системой нормально натекающих осесимметричных струй, обеспечивающее при оптимальных условиях возрастание интенсивности теплообмена в 2…4 раза по сравнению с параллельным движением теплообменивающихся сред;
– при одинаковых затратах энергии на продвижение воздуха и продуктов сгорания энергетический коэффициент при струйном обтекании поверхности в 1,7…2,0 раза выше, чем при движении в канале с гладкими стенками и в 1,3…1,5 раз выше, чем в канале типа «диффузор-конфузор»;
– имеет место значительное снижение значений температур теплообменной поверхности при струйном обтекании: по сравнению с течением в канале с гладкими стенками в 1,3…2,2 раза; по сравнению с течением в канале типа «диффузор-конфузор» – в 1,2…1,4 раза.
7. Показано, что использование принципа струйного натекания воздуха на теплообменную поверхность дает возможность повысить эффективность теплообмена и уменьшить соответственно необходимую поверхность теплообмена, и, следовательно, расхода материалов на их изготовление промышленных рекуператоров. Так, повышение интенсивности теплообмена,в сочетании с блочным принципом конструктивного решения струйных рекуператоров, позволяют в 2…3 раза снизить расход жаростойкой стали на их изготовление по сравнению с другими конструкциями радиационных рекуператоров при одинаковой производительности и подогреве воздуха.
8. Предложена конструкция рекуператора с оптимальными геометрическими характеристиками струйной системы, в основу которой положен блочный принцип, позволяющий собирать рекуператоры требуемой производительности для широкого класса промышленных печей.
9. Сравнение работы некоторых наиболее распространенных конструкций радиационных рекуператоров показало, что при равных значениях удельных затрат энергии и одинаковых условиях на стороне воздуха и продуктов сгорания блочные струйные рекуператоры оказались энергоэффективнее в 2…2,7 раза
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
