Технические науки - Технические науки - Сортировка материалов по секциям - Конференции - Академия наук
Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Академия наук

Суббота, 03.12.2016
Главная » Статьи » Сортировка материалов по секциям » Технические науки

Технические науки

Интенсификация рекуперативного подогрева воздуха в теплообменниках с активными вставками для повышения энергоэффективности печных агрегатов

Автор: Агеев Константин Валериевич, научный сотрудник, Институт газа НАН Украины

 

Повышение эффективности использования топлива в печах для нагревания и выплавки металла и других печных агрегатах путем подогрева воздуха для горения за счет использования теплоты уходящих газов в рекуператорах получила широкое распространение в промышленности как эффективный способ повышения технико-экономических и энерготехнологических показателей работы печей. Большинство печей имеют низкий термический КПД, иногда в пределах 15-25%, что обусловлено большими потерями теплоты с отходящими продуктами сгорания, составляющими 50-60 % теплоты, подводимой в печь [1].

Рекуперация теплоты обеспечивает экономию топлив, расширяет возможности их использования, повышает термический КПД печей. Рекуперативный подогрев воздуха обеспечивает уменьшение расхода топлива в зависимости от температуры, позволяет использовать низкокалорийные топлива. В последнее время для повышения эффективности металлических трубчатых рекуператоров применяют вставки в трубы, что позволяет увеличить температуру подогрева воздуха до 80 °С [2].

Так, температура подогрева воздуха в промышленном рекуператоре, установленном на ПАО «Днепровский металлургический завод им. Петровского» с трубами больших диаметров и длиной 3-5 м, перфорированными вставками и подвижной крышкой, согласно данным [3] может достигать 300 °С. Эффективность конвективного теплообмена струйной системы определяется степенью турбулизации струи воздуха в точке контакта с поверхностью теплообмена (параметром Re), скоростью истечения воздуха из сопел, параметром Н/D и свободной площадью струй [4].

Однако аэродинамическая схема истечения струй из отверстий (сопел) в цилиндрической стенке обладает рядом существенных недостатков. При работе системы струй формируется сносящий поток, а так же наблюдается истечение струй из сопел под углами, отличными от оптимальных для эффективного теплообмена конвекцией [5].

Анализ современных конструкций теплообменников на основе аэродинамической схемы применяемой в них для интенсификации теплообмена на воздушной стороне [6] был положен в основу разработанного в Институте газа НАН Украины рекуператора. Рекуператор работает по принципу получения эффекта синергии от формирования закрученного турбулентного вихря из истекающих из перфорированных по спирали сопел и дополнительной турбулизации потока распорками-завихрителями. Указанная «струйно-вихревая» аэродинамическая схема рекуператора нивелирует взаимное сносящее действие истекающих из спирально расположенных сопел струй, как основной недостаток аэродинамической схемы «истечение струй из цилиндрической стенки» и обеспечивает формирование импактных струй и их удар о нагретую поверхность под оптимальными для теплообмена конвекцией углами. Также, за счет формируемой спиральной траектории движения турбулизированного вихря в зазоре между вставкой и нагреваемой трубой рекуператора увеличивается длина пути взаимодействия вихря с нагретой стенкой теплообменника [7].

Однако такая конструкция теплообменника может быть отнесена к специализированным типам (рекуператорам других конструкций) [8], для оценки энергоэффективности и расчетов которых необходима разработка специальной методики расчета, неприменимы либо не существуют стандартные методики или нет достоверных данных стендовых экспериментов и промышленных испытаний.

Кроме того, известно значительное количество теоретических работ в области турбулентных газовых струй. Расчетные соотношения для описания свойств этих струй, которые предлагались авторами таковы, что практическое их использование затруднительно, а систематической экспериментальной проверки теоретических выводов этих авторов не производилось [9].

Поэтому для исследования сложных турбулентных процессов, протекающих в рекуператоре на основе указанной выше «струйно-вихревой» аэродинамической схемы для интенсификации теплообмена на воздушной стороне [7] использовались методы физического имитационного моделирования на холодном аэродинамическом стенде (физическая модель) и численное CFD моделирование в среде Solid Works Flow Simulation.

 

Литература:

1. Тебеньков В.Д. Рекуператоры для промышленных печей. — М. : Металлургия, 1975. — 294 с.

2. Агеев К.В. Рекуперативный подогрев воздуха как метод повышения энергоэффективности печных агрегатов (Обзор). — Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2010 — № 3, С. 25–33.

3. Лисенко А.А., Зайвий О.М., П’яних К.Є. Утилізація теплоти відхідних газів в металургійних арегатах із використанням рекуператорів з активними вставками // Международная научно-техническая конференція «Энергоэффективность-2013» : Тез. докл., Киев, Украина 14-16октября 2013 г. — Киев, Изд-во Інститут газа НАНУ, 2013 — 175 с.

4. Агеев К.В. Технология импактных струй в активных вставках рекуператоров для повышения энергоэффективности печных агрегатов (Обзор). — Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2010 — № 4, С. 21–27.

5. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции : уч. пособие — М.: Стройиздат 1979 — 295 с.

6. Агеев К.В. Современные тенденции конструирования металлических рекуператоров со вставками для повышения энергоэффективности печных агрегатов — Львів. Науковий вісник НЛТУ України 2014. – Вип. 25.4, С. 155.

7. Пат. 104396 Укр., МПК9 F 28 D 1/04, F 23 L 15/04. Рекуператор/ К.В. Агеев. — Опубл. 27.01.14, Бюл. № 2.

8. Справ очник по теплообменникам: в 2-х т. Т. 2 /Пер. с англ. под. ред. Мартыненко, М. : Энергоатомиздат, 1987. — 352 с.

9. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй / Репринтное воспроизведение издания 1960 г. — М. Эколит, 2011 — 720 с.

Категория: Технические науки | Добавил: Administrator (19.06.2014)
Просмотров: 492 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]