Введение к работе
Актуальность темы. Изыскание резервов рационального расходо-іания топлива, и вместе с тем, защита окружающей среды от загряз-іений входят в число первостепенных задач современности. Эти требования относятся и к энергопотреблении для сисистем отопления, зентиляции и кондиционирования воздуха, так как на эти цели расхо-щется примерно ЗОИ всей производимой в стране тепловой энергии. С їругой стороны на машиностроительных заводах имеется больвой парк «гревательных печей, которые являвтся наиболее энергоемким звеном в технологических процессах и имеют низкий КПД (в среднем 5 -І52) вследствие больших потерь теплоты с продуктами сгорания.
Существующие схемы комплексного использования теплоты уходящих газов огнетехнических агрегатов обычно предполагают последовательную установку нескольких теплообменников после рекуператора. При этом эффективность каждого последующего теплообменника снижается по мере охлаждения дымовых газов. В результате применение комплексной установки не всегда представляется возмоаным из-за значительных ее габаритов и отсутствия в ряде случаев места для размещения.
Ренение вопроса о повышении эффективности применения топлива в печах предлагается осуществить путем более полного использования начального температурного потенциала продуктов сгорания, выходящих из технологического агрегата, за счет сопряженного нагрева нескольких сред в комбинированном устройстве. В отличии от обычно применяемой последовательной установки отдельных теплообменников предполагается использовать параллельную установку элементов многофункционального устройства в виде кассет, а также их комбинацию.
Цель работы -разработка и исследование новых устройств для
4 комплексного использования теплоты продуктов сгорания высокотемпературных газопотребляющих установок машиностроительных заводов для целей технологии, отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Для достиаения цели работы были поставлены следующие задачи:
-разработать математические модели многофункциональных теплообменников и его элементов, описывающие особенности теплообмена с учетом излучения из до- и зарекуператорных пространств с различными формами и размерами, переменности теплофизических свойств теплоносителей, особенности работы и наличия сопряженного теплообмена;
-лредлоаить методику оценки эффективности работы и оптимизации комбинированных устройств и их элементов;
-создать конструкции многофункциональных теплообменников и их элементов для применения в системах комплексного использования теплоты продуктов сгорания;
-провести экспериментальные исследования разработанных новых комбинированных теплообменников.
Научная новизна. Получены математические модели различных типов цилиндрических теплообменников, на основе которых показана возмонность построения любой имитационной модели, в том числе и для всего комбинированного устройства с сопряженным теплообменом в элементах.
Предложена методика сравнения, оценки и выбора оптимального типа комбинированного теплообменника для технологической установки. Определен единый безразмерный критерий оптимизации теплообмен-ных устройств и его элементов.
Созданы эффективные схемы комплексного использования теплоты продуктов сгорания для технологии, теплоснабжения, вентиляции и
кондиционирования воздуха в цехах мазиностроительных предприятий, отличающиеся применением принципиально новых многофункциональных теплообменников, защищенных 10 авторскими свидетельствами на изобретения.
Идея работы -применение кассетных многофункциональных теплообменников для комплексного использования теплоты продуктов сгорания высокотемпературных печей.
Практическое значение. Разработан пакет программ многофункционального теплообменника и его элементов для проведения расчета на ЭВМ.
Предложен алгоритм единого подхода к критериям эффективности работы и оптимизации теплообменных устройств.
Создано несколько конструкций комбинированных устройств кассетного типа для комплексного использования теплоты продуктов сгорания промышленных печей.
Внедрена опытно-промышленная установка для исследования комбинированных теплообменников, их элементов и горелок.
Разработаны, исследованы и внедрены различные схемы комплексного использования теплоты продуктов сгорания для целей технологии, теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.В результате чего уменьшается необходимое количество сжигаемого топли-за. Одновременно снижается количество вредных выбросов в атмосферу, а также объем и температура дымовых газов.
Реализация работы. Разработанные схемы и установки комплексного использования теплоты продуктов сгорания приняты к внедре-іию на машиностроительных заводах (СИиТО АО "Ростсельмаш", Ново-(узнецкий завод "Сантехлит", Миасский завод "УралАЗ"). Программы \ля расчета и оптимизации многофункциональных теплообменников при-іеняится Новокузнецким отделением ВНИПЙ Теплопроект, Сибгипроме-
зом, ВШШМТом, в научно-исследовательской работе кафедры "Безопасность жизнедеятельности и Химия" Ростовского-на-Дону института автоматизации и технологии машиностроения (РИАТМ).
Опытно-промышленная установка, смонтированная в кузнечном цехе СИиТО, применяется для исследования и испытаний комбинированных устройств, отдельных теплообменных элементов и горелок перед внедрением на промышленные печи, в учебном процессе РИАТМа по курсам "Нагрев и нагревательные устройства". "Безопасность кизне-деятельности". а также в научно-исследовательской работе студентов.
Достоверность результатов и патентная чистота. Обработка результатов натурных и экспериментальных исследований производилась с использованием общепринятых методик. Новизна разработанных комбинированных теплообменников и их элементов подтвервдена десятью авторскими свидетельствами на изобретения.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на всесоюзном научно-техническом семинаре"Повышение эффективности использования газа и мазута в отраслях народного хозяйства" (Москва,1980 г.), на международном семинаре"Повыиение зффективнос-ти использования газа в промышленности'Ч Киев.1987 г.). на ВДНХ СССР (Москва, 198?, 1988 гг.), на научно-технической конферен-ции"Рациональное использование природных ресурсов, создание малоотходных технологий, охрана окружавшей среды Ростовской области'ЧРостов-наДону, 1988 г.), на научно-практическом семинаре"0пыт внедрения ресурсосберегающих, малоотходных, безотходных и экологически чистых технологий"(Ростов-на-Дону,1990 г.), на всесоюзном научно-техническом семинаре"Прогрессивная технология и оборудование для нагрева заготовок под ковку, штамповку, термообработку. Автоматизация и механизация средств нагрева'ЧМос-ква,І990 г.). на международной научно-технической конферен-
ции"Проблемы экологии в металлургии, машиностроении и пути их ре-шения"(Суздаль,1992 г.), на ежегодных конференциях в РИАТМе "Интеграция вузовской науки в производство" (1985-1994 гг.), на региональных конференциях в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства (1991-1994 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ, в тон числе получено 10 авторских свидетельств.
На защиту выносится:
-теоретическое обоснование тепловой работы и экспериментальное исследование многофункциональных теплообменников кассетного типа;
-разработанные кассетные комбинированные устройства для комплексного использования теплоты продуктов сгорания нагревательных печей;
-метод оценки, сравнения, выбора и последующей оптимизации комбинированных теплообменников;
-предлоаенные схемы и устройства комплексного использования теплоты уходящих газов от технологических источников на машиностроительных заводах.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 213 страни-дах, в том числе 1?? страниц машинописного текста, 40 рисунков, 12 таблиц, 20 страниц прилоаения и состоит из введения, шести разде-10В, заключения, списка литературы из 150 наименований и прилояе-шй.
