Солнечные элементы
Тенденции
Сбережение
Аналитики
Энергообмен
Инвесторы
ЭнергоСША
Газ
Энергоаудит
Эн.сбережение
Экология
|
Главная > Инжиниринг Розробка та дослідження енергоефективних рекуператорів для промислових печей. Інститут газу НАН України Сезоненко Б.Д., Скотникова Т.В , Використання теплоти відхідних газів промислових печей для нагрівання в рекуператорах повітря є вагомим резервом економії палива. Для оцінки економії палива нами запропоновано рівняння [1]: Традиційні методи розрахунків економії палива при нагрівання повітря [3,4], порівнюючи теплові баланси печей без рекуперації та з нею, не враховують, що за інших рівних умов, температури відхідних продуктів згоряння цих печей різняться. На відміну від традиційних методів у наведеному вище рівнянні завдяки коефіцієнту розподілу температури продуктів згоряння в печі враховується зазначена зміна температури відхідних продуктів згоряння, що спричинена рекуперацією. Тобто, пропонована залежність є точнішою. де E – економія палива у частках від одиниці; Jn – теплота нагрітого повітря, віднесена до одиниці палива, кДж/м3; Qнр- нижча теплота згоряння палива, кДж/м3; Jпз – теплота відхідних продуктів згоряння в печі без нагрівання повітря, кДж/м3; – коефіцієнт розподілу температури продуктів згоряння в печі (для камерних печей u = 1, для штовхальних протитокових нагрівальних печей = 1,4 [2]). Рис. Залежність енергетичного коефіцієнта Е від витрат енергії на просування повітря N: – струминний; n – дифузор-конфузр; l– оребрена поверхня; – гладка поверхня Різноманітність конструкцій та параметрів роботи газових промислових печей унеможливлює створення єдиної універсальної конструкції рекуператора, що достатньо ефективно працював би на всіх видах печей. Вибір типу рекуператора для конкретної печі залежить з одного боку, від параметрів продуктів згоряння (максимальна температура, коливання температури в часі, наявність пилу), а з другого - від особливостей тієї чи іншої конструкції рекуператора (теплостійкість, газощільність, засмічуваність поверхні, габарити, вартість тощо). Як видно із даних рисунка, при однакових витратах енергії на просування теплоносіїв енергетична ефективність струминного теплообміну в 1,7 – 2 рази більша, ніж у каналі з гладкими стінками та у 1,3 – 1,5 разів більша, ніж у каналі типу дифузор-конфузор. Енергоефективність рекуператорів (співвідношення кількості переданої теплоти й витрат потужності на просування продуктів згоряння та повітря) підвищується при інтенсифікації процесу теплопередачі. Підвищення енергоефективності важливо при високих (1200 – 1400 °С) температурах відхідних продуктів згоряння промислових печей. Порівняємо енергоефективність деяких способів теплообміну, а саме: струминного натікання повітря , теплообміну у каналі із періодичними змінами перерізу (канал типу дифузор-конфузор), у каналі з переривчастими ребрами та у каналі із гладкими стінками. Порівняння проведено за методикою, запропонованою В.М.Кирпичевим [5], тобто із обрахуванням енергетичного коефіцієнта Е. Останній являє собою відношення кількості теплоти Q, що її отримало повітря, до витрат енергії N на просування повітря й продуктів згоряння. Порівняння за енергетичним коефіцієнтом дає змогу оцінити ефективність теплообміну при будь-якій формі поверхонь і будь-якому способі обтікання їх теплоносіями. На рис.1 наведено отримані дані у вигляді графіка. Досвід впровадження таких рекуператорів на скловарних та інших печах підтвердив доцільність їх використання у середовищі високотемпературних засмічених продуктів згоряння. Ці рекуператори дають змогу економити до 30% палива, їх термін експлуатації становить не менше 2 років. Крім того, на їх виготовлення витрачається у 1,5-2 рази менше нержавіючої сталі, ніж для радіаційних щілинних рекуператорів, які традиційно використовуються в цих типах печей [7]. Нами проведені дослідження [6], які дали змогу визначити оптимальні геометричні та режимні характеристики струминних систем і створити новий тип рекуператора - модульний струминний. Такі рекуператори доцільно використовувати у скловарних та інших печах, де до рекуператорів висувають особливі вимоги через високу температуру продуктів згоряння (1200 – 1400 °С), їх значну запиленість та вміст агресивних речовин. Модульні струминні рекуператори завдяки інтенсивному теплообміну на стороні повітря, а також завдяки своїм конструктивним особливостям здатні ефективно та надійно працювати при високих температурах димових газів й у запиленому середовищі. Аналіз даних промислової експлуатації показує, що за таких температур використання модульних струминних рекуператорів стає менш ефективним. У ковальському та пресовому виробництві працює велика кількість камерних нагрівальних та термічних печей. Більшість з них не має обладнання для утилізації теплоти продуктів згоряння. Ці печі мають нижчий рівень температур продуктів згоряння за скловарні печі, а саме 700 – 1200 °С. Теплопередача в димових каналах нагрівальних і термічних печей лімітується відносно низькою тепловіддачею на стороні продуктів згоряння. Остання зумовлена невеликими перерізами димових каналів камерних печей з відповідно малою товщиною газового випромінюючого шару. У таких умовах доцільно розміщувати рекуператор ближче до робочої камери, а саме в тій частині каналу, що розташована у боковій стінці печі. Розміри димового каналу обмежені розмірами цегляної кладки стінок печі. Тобто рекуператор має бути компактним, забезпечувати максимально можливе нагрівання повітря і мінімально можливий опір на стороні продуктів згоряння. Таким вимогам відповідає рекуператор, у якого головним елементом є пучок труб, в якому повітря просувається у трубах, а продукти згоряння - в міжтрубному просторі. Рис. Залежність відносного приросту тепловіддачі від відносного приросту потужності, що її витрачено на просування повітря у трубах з накаткою: Re=(6...1 103 ; , D, l – зразки труб із різними параметрами накатки. Аналіз наведених даних свідчить, що приріст тепловіддачі в трубах із штучною шорсткістю відносно гладких труб інтенсивніший у перехідній області при Re=(6-1 10 Більше того, для одного із досліджених зразків при Re<9103 приріст тепловіддачі для деяких режимів превалює над приростом потужності, що її витрачено на просування повітря. У цього зразка відношення перетиснутого і гладкого діаметрів труби дорівнювало 0,95, а крок виступів - 14, Дослідження дали змогу виявити оптимальні для трубчастих рекуператорів параметри штучної шорсткості. В такому рекуператорі тепловіддача до повітря підвищується за рахунок турбулізації пристінного шару, а тепловіддача від продуктів згоряння підвищується за рахунок випромінювання цегляної кладки бокових стінок димового каналу. За рахунок штучної шорсткості поверхні труб можна в 1,5 рази підвищити інтенсивність тепловіддачі в трубах порівняно із гладкою поверхнею. Це виявлено в роботах [8, 9] і підтверджено нашими дослідами [10]. На рис. 2 показано приріст тепловіддачі (числа Нусельта) від приросту потужності, яку витрачено на просування повітря в трубі. внутрішня труба: o – з гладкою поверхнею; Одержані результати використано при проектуванні експериментальних зразків трубчастих рекуператорів. Показники їх роботи досліджено на експериментальному стенді в умовах, максимально наближених до промислових. Під час цих експериментів отримано робочі характеристики всіх досліджених трубчастих моделей. Найкращій варіант накатки враховано під час проектування типового ряду трубчастих рекуператорів для камерних нагрівальних печей. Рис.3 .Трубчасті рекуператори з накаткою n – з гвинтовим ребром Рис. Залежність питомого теплового потоку q, засвоєного повітрям у елементі типу труба в трубі , від витрат енергії на просування повітря N: температура у димовому каналі t=800 °C. Рис. Елемент рекупуратора типу «труба в трубі» з гвинтовим ребром Для металургійних печей прокатного виробництва з урахуванням їхніх конструктивних та експлуатаційних особливостей розроблено рекуператори типу “труба в трубі” із закручуванням потоку. У результаті досліджень елемента такого рекуператора (рис. визначено оптимальні геометричні характеристики гвинтового ребра на внутрішній трубі. При застосуванні такого інтенсифікатора спостерігається 20 – 30 %-е збільшення величини засвоєного теплового потоку порівняно із гладкою внутрішньою трубою за однакових витрат енергії (див. рис. . Для типових камерних нагрівальних печей розроблено три типорозміри трубчастих рекуператорів, які відповідають наведеним умовам. Діапазон номінальних витрат повітря дорівнює Vп = 75, 150 та 300 м3/г. Схема конструкції рекуператора наведена на рис. Висота рекуператора вибиралася з урахуванням висоти печей. Кількість труб рекуператора визначалася так, щоби критерій Рейнольдса для повітря, що просувається в трубах, знаходився в діапазоні Re = (6...1 103 при номінальних витратах повітря. Література Таким чином, використання інтенсифікаторів теплообміну в рекуператорах дає змогу збільшити їхню теплову ефективність і зменшити габарити та металоємність. Szargut J., Koziol J. Influence of the temperature distribution in the furnace chamber on the effects of recuperation / Gas warme international, 199 - 3 - n4/ - P. 180-184. Розробка системи автоматизованого проектування рекуперативних теплообмінників для утилізації теплоти газових викидів промислових печей: Звіт про НДР (заключний) / Інститут газу НАН України. - Укр. ІНТЕІ, інв. № 0298U00039 - 199 - 104 с. Тебеньков Б.П.Рекупеторы для промышленных печей. - М.: Метапллургия, 197 - 294 с. Лемлех И.М., Гордин В.А. Высокотемпературный нагрев воздуха в черной металлургии. - М.: Металлургиздат, 196 - 352 с. Скотникова Т.В. Оптимизация характеристик струйных рекуператоров // Химическая технология. - 198 - № - С. 64-67. Кирпичев М.В. О наивыгоднейшей форме поверхности нагрева. - М.: Известия ЭНИН им. Г.М.Кржижановского, 1944 - т.1 - 170 с. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Яхро С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. - М.: Машиностроение, 197 - 220 с. Сезоненко Б.Д., Еринов А.Е., Скотникова Т.В. Внедрение энергосберегающей технологии на ванных печах прямого нагрева // Стекло и керамика. - 198 - №1 - С. 7-8. 1 Разработать энергосберегающие теплотехнические агрегаты и оборудование: Печи для производства стекла, агрегаты для производства строительных материалов и изделий, высокоэффективные рекуперативные устройства: Отчет о НИР (заключительный) / Институт газа АН УССР; № ГР 0187.0020334 - К., 199 - 189 с. Открытие № 242 СССР. Закономерность изменения теплоотдачи на стенах каналов с дискретной турбулизацией потока при вынужденной конвекции / Э.К.Калинин, С.А.Яхро и др. // Бюллетень изобретений. - 198 - №35.
Энергия будущего зарождается сег. Енергетичний аудит - за і проти. Газовая арифметика. Энергетика и энергоресурсы. Буш называет Киото. Главная > Инжиниринг 0.0125 |