Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшим элементом теплоэнергетических систем на предприятиях алюминиевой промышленности, в том числе и на глиноземных производствах, являются мощные турбокомпрессорные станции (ТКС). Отклонение фактических термодинамических режимов работы турбокомпрессоров (ТК) от номинальных приводит к значительному перерасходу электроэнергии и снижению их производительности.
Основными факторами, определяющими величину этих отклонений, являются температура наружного воздуха (неуправляемый фактор), значение температуры на входе во 2-ю и 3-ю секцию компрессора, а также температура и химический состав охлаждающей воды. В этой связи важное значение приобретает оптимизация работы промежуточных воздухоохладителей ТК. Другими направлениями снижения удельных энергозатрат на производство сжатого воздуха является выбор наилучшего типа применяемых турбокомпрессоров с учетом условий эксплуатации.
Цель работы. Повышение эффективности работы крупных турбоком-прессорных станций алюминиевой промышленности на основе расчетных и экспериментальных исследований их теплоэнергетических режимов.
Для достижения указанной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:
Провести опытные испытания турбокомпрессоров и промышленные наблюдения за режимом их эксплуатации для определения фактических характеристик и пепормалыюстей в работе. Выполнить физігческое моделирование процесса охлаждения воздуха в промежуточных воздухоохладителях.
Разработать комплексную математическую модель теплообмена и аэродинамики в воздухоохладителе и процессов газодинамики в турбокомпрессоре. Исследовать изменение газодинамических характеристик компрессоров в зависимости от внешних условий, теплофизических параметров теплообменников и давления воздуха.
Разработать методику и выполнить расчеты энергетических показателей работы турбокомпрессоров для обоснования установки других типов турбокомпрессоров при увеличений мощности ТКС АГК и оценки эффективности предложенных технических решении по улучшению охлаждения компрессоров.
Обосновать и внедрить технические мероприятия по совершенствованию системы охлаждения турбокомпрессоров. Выполнить экономическую оценку мероприятий и путей повышения эффективности работы турбокомп-рессорной станции на примере АГК.
Научная новизна.
Разработана методика оценки энергетических характеристик работы турбокомпрессоров с использованием эксергетических показателей.
Получены критериальные уравнения процесса теплообмена в воздухоохладителе турбокомпрессора, позволяющие определить его параметры во всем диапазоне возможных режимов.
Разработан подход по комплексному математическому моделированию процессов теплообмена и аэродинамики в турбокомпрессоре, заключающийся в комбинированном использовании интегрального сетевого метода при описании процессов в компрессоре в целом и локального моделирования процессов тепломассообмена в воздухоохладителях.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
На основе проведенных исследований разработаны технические решения по повышению эффективности теплообмена в промежуточных воздухоохладителях, даны рекомендации по выбору наиболее экономичных типов турбокомпрессоров с учетом конкретных условий эксплуатации. Внедрение результатов диссертации на Ачинском глиноземном комбинате позволило сни зить расход электроэнергии и охлаждающей воды на получение сжатого воздуха, повысить производительность компрессорной станции и увеличить давление получаемого сжатого воздуха. Годовой экономических эффект в ценах 1997 г. составляет более 4 млрд. рублей.
Достоверность результатов работы обеспечивается комплексным использованием расчетных и экспериментальных методов исследования, а также математическим моделированием теплообмена и аэродинамики в элементах турбокомпрессора, и подтверждается сходимостью значений энергетических характеристик, полученных различными методами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на: краевой научно-техн. конференции «Совершенствование технологических процессов на предприятиях цветной металлургии края» (Красноярск, 1974 г.); заседаниях технического Совета Ачинского глиноземного комбината (Ачинск, 1975г., 1977 г.); краевой научно-техн. конференции «Совершенствование технологии литейного производства в целях повышения эффективности и качества» (Красноярск, 1977 г.); отраслевой научно-техн. конференции «Совершенствование и интенсификация процессов глиноземного производства» (Ачинск, 1977 г.); расширенном семинаре отдела проблем машиностроения ВЦ СО РАН (Красноярск, 1996 г.).
Публикация результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, получено авторское свидетельство на изобретение.
Объем работы Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста; состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения; проиллюстрирована 50 рисунками, содержит 36 таблиц и список литературы из НО наименований.
