Содержание к диссертации
Перечень условных обозначений, единиц и терминов 4
Введение 6
1.Проблемы энергосбережения и обоснование термодинамического подхода к их решению
1.1 .Определение объектов исследования 11
1.2. Проблемы энергосбережения в объектах исследования 14
1.2.1.Технологический процесс сушки 14
1.2.2.Эффективность систем энергоснабжения 20
1.2.3. Оценка энергетической эффективности установок получения и преобразования энергии
1.3.Методика приложения термодинамического метода к разработке энергосберегающих технологий и конкретизация задач исследования
2.Приложения термодинамического метода к разработке энергосберегающих технологий при сушке капиллярно-пористых материалов
2.1.Разработка методики исследования процессов тепло- и массопереноса при сушке, основанной на использовании электрокинетических явлений и ТМ
2.1.1 .Методика регистрации электрокинетических сигналов 52
2.1.2.Электрокинетические свойства пористых структур 5 8
2.1.3.Метод электрокинетической влагометрии 67
2.1.4.Исследование нестационарных процессов. Идентификация пористой структуры с помощью переходной функции
2.1.5.Исследование нестационарных процессов. Регулярный режим массопереноса
2.1.6.Контроль массопереноса . 88
2.1.7.Анализ фазовых переходов 94
2.1.8.Параметр трещинообразования 103
2.1.9.0пределение оптимальной продолжительности термообработки материалов 106
2.2.Иселедование кинетики и оптимизация параметров теплового технологического процесса сушки сварочных электродов
2.2.1 .Обоснование критериев оптимизации технологического процесса сушки покрытий сварочных электродов
2.2.2.Кинетика высокотемпературной сушки сварочных электродов 129
2.2.3.Кинетика фазовых превращений при сушке сварочных электродов 135
2.2.4.0птимизация режима термообработки пористых структур 13 8
2.2.5.Контроль влажности материала 146
2.3.Особенности применения методики в тепловых технологических процессах 149
2.4.Выводы 165
З.Приложения термодинамического метода к разработке энергосберегающих технологий в системах энергоснабжения
3.1.Разработка методики исследования процессов теплопереноса в тепловых системах, основанной на переменных состояния, термодинамическом и численных методах
3.1.1 .Обобщение численных методов теорией пространства состояний 180
3.1.2.Математическая модель нестационарной теплопроводности неограниченной пластины (граничные условия первого рода)
3.1.3 .Математическая модель нестационарной теплопроводности неограниченной пластины (граничные условия третьего рода)
3.2.Разработка методики определения эффективности тепловой защиты зданий при расчете тепловой нагрузки тепловой сети
3.2.1 .Определение тепловых нагрузок в зданиях по укрупненным показателям 195
3.2.2.0ценка мероприятий по энергосбережению в оболочке зданий 199
3.2.3.Функции чувствительности оболочки зданий 202
3.2.4.Функция чувствительности площади окон 204
3.2.5.Функция чувствительности коэффициента формы 205
3.2.6.Чувствителыюсть инфильтрации наружного воздуха 207
З.З.Оптимизация тепловых параметров технологического процесса испытания системы ВВД на герметичность
3.3.1.Математическая модель нестационарного теплообмена в трубопроводной системе и ее апробация
3.3.2.Физическое моделирование сопряженной задачи нестационарного теплообмена
3.3.3.Особенности испытаний систем ВВД на герметичность 220
З.ЗАУточнение методики испытаний систем ВВД на герметичность 225
3.3.5.0ценка численных свойств схем дискретизации МПС 234
ЗАВыводы 236
4.Приложеиия термодинамического метода к разработке энергосберегающих технологий в установках получения и преобразования энергии
4.1.Оптимизация схем паросиловых установок на основе комбинирования принципов оптимизации
4.1.1.Комбинирование утилизации и регенерации, в цикле ПСУ 240
4.1.2.Комбинирование утилизации и интеграции в цикле ПСУ 244
4.2.Оптимизация схемы транспортной АЭУ на основе комбинированной выработки энергии
4.3.0птимизация схем ТКУ на основе комбинированного преобразования энергии
4.3.1 .Комбинированное производство сжатого воздуха и тепла в ТКУ 261
4.3.2.Комбинированное преобразование энергии сжатого воздуха в работу и теплоту
4.4.Оптимизация схемы котельной установки на основе комбинирования утилизации и термохимической регенерации
4.4.1 .Теоретическое обоснование ТХР в котельных установках 273
4.4.2.Термохимическая регенерация в энергетических установках 286
4.4.3.Экспериментальное исследование ТХР на физической модели 292
4.5.Выводы 299
Заключение 303
Список использованных источников 311
Приложения 326
Приложение I.Akt НТК о реализации научных положений диссертации 326
Приложение 2.Расчет экономической эффективности внедрения режима сушки 327
электродов на печи ОКБ-1410
Приложение З.Акт сдачи-приемки результатов работы по теме: «Разработка методики энергетического обследования объектов»
Приложение 4.Справка об использовании результатов НИР по теме: «Разработка методики энергетического обследования объектов»
Приложение 5.Акт сдачи-приемки результатов работы по теме: «Совершенствование расчетной части методики испытаний систем ВВД»
Приложение 6. Справка об использовании результатов НИР по теме: «Совершенствование расчетной части методики испытаний систем ВВД»
Приложение 7.Сравнительный экономический анализ проектов ТРАЭУ и АТЭСММ
Введение к работе
Несмотря на значительное развитие топливодобывающей промышленности в нашей стране, топливный баланс ее в течение многих лет остается напряженным. Сегодня страна в расчете на единицу продукции слишком много расходует топлива, электроэнергии и других ресурсов. К примеру, энергоемкость национального дохода в России в 3 раза больше, чем в странах Западной Европы.
Вопросы экономии энергоресурсов относятся к числу особо важных проблем. Российское правительство, с целью ускоренного перевода экономики на энергосберегающий путь развития, утвердило в 1998г. на период до 2005г. федеральную целевую программу (ФЦП) «Энергосбережение России», а в 2001г. приняло на период до 2010г. ФЦП «Энергоэффективная экономика».
Учитывая важность энергосберегающих технологий в практике производства, актуальными становятся вопросы совершенствования подходов к их решению. В этом плане интересен термодинамический метод, однако практические приложения его к решению задач энергосбережения требуют соответствующих теоретических и экспериментальных обоснований.
В виду множества проблем энергосбережения, реализация термодинамического подхода к их решению рассматривается в работе на характерных объектах, значимых для базовых предприятий судостроения и соответствующих подпрограммам ФЦП. Это: тепловые технологические процессы; тепловые системы; энергетические установки и системы для генерации и трансформации энергоносителей.
Цель работы. Развитие термодинамических основ энергосбережения в тепловых технологических процессах и в энергетических установках и разработка соответствующих критериев и способов их реализации.
Автор защищает:
1.Термодинамический принцип энергосбережения, основанный на использовании первого начала термодинамики, теории чувствительности, системы коэффициентов полезного действия и оценки экономической эффективности.
2.Методику исследования процессов тепло - и массопереноса, основанную на использовании термодинамического метода и электрокинетических явлений.
3.Результаты исследования кинетики сушки, критерии оптимизации и методику оптимизации теплового технологического процесса сушки покрытий сварочных электродов.
4.Методику определения эффективности тепловой защиты зданий при расчете тепловой нагрузки тепловой сети.
5.Математические модели процессов теплообмена, основанные на использовании термодинамического метода, переменных состояния и численных методов, и методику оптимизации тепловых параметров процесса испытания систем ВВД на герметичность.
6.Методы оптимизации схем энергетических установок и систем, основанные на комбинировании принципов оптимизации.
Реализация предлагаемых решений позволяет:
1.Выявить основные закономерности кинетики высокотемпературной сушки, установить температуры выделения влаги той или иной формы связи с материалом, определить плотности потоков влаги в течение всего и в отдельные моменты времени, установить время сушки материала, а также изучить динамические характеристики пористых структур.
2.Осуществить выбор рационального режима сушки - прокалки капиллярно-пористых многокомпонентных материалов, таких как покрытия сварочных электродов, обеспечив при этом заданные технологические свойства и контроль качества сушимого материала.
3.Сократить время обследования ограждающих конструкций зданий и сооружений при расчете тепловой нагрузки тепловых сетей.
4.На основе предложенного комбинированного экспериментально - аналитического метода исследования нестационарного теплообмена совместно с результатами натурных испытаний уточнить расчетную часть методики испытаний на герметичность систем ВВД.
5.Повысить эффективность энергетических установок для генерации и трансформации энергоносителей на основе комбинирования принципов оптимизации (утилизации, регенерации, интеграции, термохимической регенерации).
Основные результаты работы внедрены на Северном машиностроительном предприятии, где использованы исследования по оптимизации режима термообработки капиллярно-пористых материалов и по совершенствованию методики испытаний систем газа и воздуха высокого давления. Экономический эффект внедрения составил 750 т. рублей. Предполагаемый годовой экономический эффект реализации теплофикационного режима транспортной АЭУ условной мощностью 100 МВт составит 97 млн. рублей.
Апробация работы. Работа и отдельные разделы представлялись,. докладывались и обсуждались на: НТК СПб ГМТУ (апрель, 1980 г.; июнь, 1999 г.); 3 НТК (Донецк, июнь 1981); Всесоюзной НТК по дальнейшему совершенствованию теории, техники и технологии сушки (Чернигов, 1981 г.); 6 Всесоюзной конференции по теплообмену и гидравлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов (Санкт-Петербург, январь, 1979 г.); НТК «Технический прогресс в огнеупорном производстве» (март, 1982 г., Санкт-Петербург); Всесоюзной НТК «Торкретирование и повышение стойкости металлургических агрегатов» (Новокузнецк, октябрь, 1983 г.); 3 Международной конференции «Поморье в Баренц-регионе: экология» (июнь, 1997 г., Архангельск); 5 Международном совещании-семинаре «Инженерно -физические проблемы новой техники» (Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, май, 1998 г.); 4 Всероссийской научно-практической конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (июнь, 1999 г., Санкт-Петербург); Международном экологическом конгрессе «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (14-16 июня 2000 г., Санкт-Петербург); Международной конференции «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (20-24 июня 2000 г., Архангельск); 6 Всероссийской НТК «Энергетика: экология, надежность, безопасность», Томск, 6-8 дек., 2000; Четвертой Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения в начале 21 века» (24-28 сентября 2001г., г.Тамбов);V Международной НТК по морским интеллектуальным технологиям (сентябрь 2003г,Санкт-Петербург).
Публикации. По теме диссертации опубликована 61 печатная работа.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 225 наименований и приложений. Работа содержит 335 страниц основного машинописного текста, 99 рисунков и 15 таблиц.
