автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Исследование и разработка технических средств подготовки теплоносителя, обеспечивающих снижение тепловых и газообразных выбросов

Министерство образования Украины * ~ • ' Запорожский индустриальный институт

Р Г й ОД На правах рукописи

- 5 СИЦ юп>,

РЫЖКОВ Вадим Гениевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОДГОТОВКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ВЫБРОСОВ

Специальность 05.14.16 - технические средства защиты окружающей среды

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Запорожье-1994

Диссертация является, рукописью

Работа выполнена на кафедре охраны окружающей среды За:-поражскаго ■ индустрдальмого института

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор ПАВЛЕНКО Ю. П.

Официальные оппоненты —

доктор технических наук, профессор КРАСНОКУТСКИИ П. Г.

¡кандидат технических наук,старшин сотрудник МОЛЧАНОВ В. Н.

Ведущая организация

комбинат «Залороя.'сталь» имени С. Орджоникидзе, г. Запорожье

Защита состоится 22 сентября 1994 г. в час. на заседании специализированного ученого сов ета К.08.03.02 при Запорожском индустриальном институте по адресу: 330600, г. Запорожье, пр. Ленина, 226.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗИИ. Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета канд. техн. наук, доцент

Н. А. УКРАИНЕЦ.

0Б1ДО ХШШЫМВОД РШЫ.....

Актуальность проблемы.Растущее загрязнение окрухающеа ■ среды, сопровождающееся истощением природных ресурсов и. ростом цен на энергоносите да, делает всё более актуальным снижение удельных расходов первично.! энергии и уменьшение газообразных и тепловых выбросов.

Целенаправленная подготозка теплоносителя,в широком смысле слова, (до сжигания топлива и после) позволяет уменьшить как общие энергозатрата и выброса теплоэнергетических установок, так и расход самого топлива и выбросы теплотех-нологяческих установок.

Одним из основных ввдов топлива в черной металлургии является, доменный газ, который используется с добавками коксового или природного газа и подается потребителю после мокрой газоочистки будучи насыщенным на хОС$ водяным паром.

чем вше температура доменного газа, тем больше его влагосодержание и, соответственно, ниже теплота сгорания. Увеличение расхода воды на газоочистку для охлаждения газа ведет к росту расходов на водоподготозку, перекачку,очистку шлама. Целесообразно найти оптимальную те мпературу доменного газа и соответствующий еА расход воды, а значит и расход энергии на газоочистку.

Одним из способов повышения эффективности использования, теплоносителя после сжигания топлива является получение заданных параметров теплоносителя ( температура, скорость,концентрация компонентов), что достигается, в основном, пов-торнш использованием теплоносителя в процессе инжекционного смешивания продуктов сгорания.

Эффективность конвективного теплоооглзна, являющегося наиболее действенным'Актором повышения скорости и равномерности нагрева, зависят от параметров теплоносители, которые, в свою очередь, связаны с кратностью инжекция и печнол камере или в топочном устройстве, и связи с разнообразием конструкций нечем и инфекционных устройств становятся всё более актуальными вопросы влияния конструктивных параметров печных инжекционных устройств на кратность инжекцш и устойчивость

замкнутых . ре циркуляционных контуров. для управления параметрами теплоносителя необходимо разработать методики их расчета.

Целью работы является разработка технических-средств защиты окружающей среды через энергосбережение и сншсение газообразных и тепловых выбросов путем совершенствования и разработки новых способов и устройств подготовки теплоносителя, как до сжигания топлива, так и после, а именно:при очистке доменного газа до заданных параметров и при инфекционном перемешивании продуктов сгорания в топочно-инжек-ционяых системах. В связи с этш необходимо было решить следующие задачи: -

1. Разработать новую методику расчета орошающего ..• скруббера:

2. Изучить факторы, влияющие на оптимальную температуру доменного газа после мокрой газоочистки и разработать методику её расчета.

, 3. Исследовать и дать математическое описание влияния конструктивных параметров топочно-шшекционных устройств и физических параметров сред на кратность инжекции.

4. Определить условия создания замкнутых контуров рециркуляции и разработать методику их расчета.

Ь. Исследовать основные параметры многокомпонентных смесей, получаемых при инкекционяой подготовке теплоносителя.

6. Исследовать возможности управления циркуляцией теплоносителя и разработать способы воздействия на его параметры и направление движения. -

Научная новизна.В работе получены следующие основные результаты, определяющие её новизну:

I. Получено уравнение, связывающее энтальпию доменного газа на выходе из скруббера с начальными параметрами газа, относительным расходом и температурой орошающей воды.

¿. Разработана методика расчета оптимальной, температуры доменного газа как температуры, при которой достигается минимум .суммарных затрат на покрытие потерь тепла при сжигании влажного газа и на водоподготовку.

3. Разработана структурно-режимная классификация струйной рециркуляции газов, облегчающая анализ разнородной ик-

формации по инжекционной подготовке теплоносителя.

4. выведены уравнения, представляющие зависимости без- , размерных конструктивных'параметров инжекционных систем с заданной кратностью инжекции и физическими параметрами сме- ' шиваемых сред.

5. Разработана методика расчета полного замкнутого контура рециркуляции в рабочей камере а определены условия его существования. .

6. Получены зависимости для расчета физических и энергетических параметров многокомпонентных смесей, получаемых в процессе инжекгионной подготовки теплоносителя.

: ?. Разработаны и исследованы технические средства . управления инфекционной подготовкой теплоносителя и воздействия на направления его движения. '.-.''

Практическое значение. Результаты выполненных исследовании могут быть использованы на любом металлургическом предприятии, где есть доменное производство как с замкнутым, так и незамкнутым циклом водооборота. Разработанная методика позволяет рассчитать оптимальный режим охлаждения доменного газа с учетом его начальных параметров, схемы во-дооборота, температуры, окружающего воздуха и особенностей' потребителей, применение оптимального режима охлаждений по- • зволяет снизить удельньи ¡исход энергии на. подготовку домен- ного газа на 2 - 3%. :• < •

Выведенные зависимости для расчета конструктивных параметров инжекционных систем в зависимости от заданной кратности инжекции дают возможность на стадии проектирования печи заложить необходимые конструктивные параметры, для обеспечения требуемого теплового режима. Требуемые физические характеристики печной среды могут быть получены . на работающих печах путем их реконструкции - изменением; -геометрических размеров каналов и. окон и применением разработанных устройств управления инжекционной подготовкой теплоносителя. . ; " -

Реализация результатов работы. Полученные зависимости для расчета конструктивных параметров-инжекционных систем по заданной кратности инфекции использованы при разработке проекта реконструкции камерных печей термического

цеха завода "днепроспецсталь". В этот же проект внедрено разработанное в'процессе исследований устройство для управления параметрами теплоносителя в подоодовых и&кекцданшх топках с пойощью противоборствуй«!« струй, (авторское свидетельство й.1Г?1642\.

• К настоящем/ времени по этому проекту реконструировано пять термических печей, в которых получена высокая равномерность нагрева, что позволило сократить, длительность выдержки на основных режимах на 3 — 4 ч и уменьшить удельные тепловые.и газообразные выбросы на 12 - 16 Годовой экономический эффект 58,? тыс. р. (в ценах 1аУ0 г).

Апробация работы. Результаты работы были долодены и обсувдены на второй Всесоюзной научной конференции "Проблемы энергетики теплотехнологш", Москва, 1У8?г. ; третьей областной конференции молодых ученых, Запорожье,1за8г.; научно-технической конференции "¿Малоотходные технологические процессы и сокращение промышленных выбросов в металлургической промышленности", Запорожье, Гэ38г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития • -электротехнологии1; Иваново, 1987г.; научно-технической конференции "Цроблемы энерго- и ресурсосберегающих технологий в чёрной металлургии", Новокузнецк, 1989г.; международном семинаре "Научные основы конструирования металлургических дечей.Теплотехника и экология", Днепропетровск, ИШг.

Дубликации .До материалам диссертационной работы опу<7-.ликовано 28 печатных работ, из них 4 авторских свидетель-, ства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из вве- • дения, пятя глав, общих выводов, списка литературы из 120 . наименований, 3 приложений и содержит 125 страниц машино--писного текста, 35 рисунков,.13 таблиц . Общий объем диссертации - страниц. ,

С0ДЗР1АЙИ'£ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены современные научные достижения в области подготовки к скитанию такого теплоносителя как-доменный газ и в области подготовки теплоносителя в то-почно-инкекционных системах печей.

В разное время в той или иной степени вопросами подготовки теплоносителя-занимались такие видные учёные как М.А.Глшков, 'З.Тринкс, СДернох, И.Д.Семиюш, А.У.Пуговкин, , В.А.Кривандин, С.Б.Старк, А.Ю.Вальдберг, В.Н.Ужов, З.Г.Ли-сиенко, В.И.кубанский и др. Однако,.подготовка теплоносителя не выделялась в отдельный объект исследования, а рассматривалась как часть процесса теплообмена. Поэтому- в целом это направление имеет целый ряд пробелов, которые выявляются при, отдельном рассмотрении проблемы.

Не рассматривалась подготовка теплоносителя в аспекте снижения • удельных выбросов печей и энергозатрат на выполнение подготовки. Так, при подготовке доменного газа, он подвергается мокрой очистке в контактных теплообменниках, для расчёта которых в настоящее время нет надёжных методик. В расчётах применяются эмпирические объёмные коэффициенты теплоотдачи, которые ' зависят от многих ¡факторов и меняются . в широких пределах. Используются 7-У диаграммы (энтальпия -влагосодержание) для влажного воздуха атмосферного давления. Это вносит значительные погрешности как по причине различий в составах доменного газа и воздуха, так и по причине повышенного давления газа в системе газоочистки.

В технических требованиях на доменный газ оговорена его температура: не вше 35-40°С на выходе из мокрой газо -очистки. Однако, эти цифры не подтверждены никакими расчётами. В литературе нет убедительного обоснования оптимальной температуры доменного газа и расхода воды на его охлаждение.

В обзоре, посвященном подготовке теплоносителя в топоч-но-инкекционных системах печей, отмечается отсутствие . классификации средств и способов создания греющих смесей из ла-.зообразных теплоносителей.

В процессе работы над разнородной информацией по этому вопросу была разработана структурно-режимная классификация-струйной рециркуляции и далее был выполнен системный обзор

по этой классификации. В частности, отмечается, что в литературе нет сведений о зависимости кратности инжекции от конструктивных параметров топочно-инжекциояных систем.

Недостаточно полно в литературе освещены вопросы управления инфекционной подготовкой теплоносителя. Отсутствует расчетные зависимости для ряда физических параметров образующихся при этом многокомпонентных систем.

На основании анализа литературы определены цели и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены методики теплового расчета контактных теплообменников. В этих расчетах используется связь между энтальпией, алагосодержанием и температурой газа. При этом применяются таблицы вдагосодержаяия насыщенного газа диаграммы.

В качестве базового для расчетов был взят состав домен . .ного газа .комбината "Запороксталь".Выведены формулы, показывающие. зависимость теплоёмкости от температуры в интервале- 0 - 600°С: ,

С = 1,064 +0,0003231 вди/Скг- К); (I)

С'= 1,349 + 0,0004091 , К). (2)

йри ■ выводе формулы для расчета влагосодержания насыщенного • газа . использовано, известное соотношение, связывающее газовые постоянные компонентов смеси, их парциальные давления и влагосодераание смаси

. а„ =о/636Рл/(Р-Рп), ф где Р - полное давление в теплообменнике; Рп- парциальное давление водяного пара. -

. Поскольку в реальных условиях состав доменного газа не является стабильным, была произведена оценка влияния этой изменчивости на точность определения влагосодержания (с1н). Максимальные отклонения химсостава доменного газа комбината ".Задорожсталь" за двухлетния период вызвали погрешность в расчете всего 3,1 %. Следовательно, результаты выполненных расчетов применимы и для составов газа, отличающихся от базовых.

С использованием уравнения (3) получены таблицы влаго-содержаняя и построены диаграммы влажного доменного газа для различных давлений.

Ороааоаай скруббер в системе доменной газоочистки -это противоточный испарительна-конденсационный теплообменник, в котором теплопэредающая поверхность образована каплями воды. Изменение температуры сред в нем описывается известным уравнением^ j

£ ' (i-W^/Wnw)6<p[-N(i-Wm^/Vma*)] ' {4)

где iVmax nVHnin — больший и меньший водяные эквиваленты; fj = K-F /V/mih', ¿t~ изменение температуры среды с мень-( шим значением W ; й-коэффициент теплопередачиУ, t и у-начальные температуры газа и жидкости.

. Особенность процесса тепло передачи, описываемого уравнением (4) , состоит в том, что при W> (5 -1) величина t практически не зависит от N /т.е. от условии теплопередачи.

Расчет величины N для реальных значений температур в скруббере, диаметров капель, расходов газа и воды, а также геометрических характеристик скрубберов, позволили получить значения N > 7. На этой основе выведены уравнения для расчета тепловых режимов доменных скрубберов, для давлений в интервале Р = 0,15 - 0,315 Ша

J"= (c,6i-1,t9P)~ + 0.K-4P)-£- 2СМР -H1V5; Cö) д ля Р = 0,10 - 0,15 МОа

-аз*£+2Л ■ (6)

Здесь 3 ж j"- начальная и конечная энтальпии газа; L'-начальная энтальпия воды, адк/кг; W -отношение массовых расходов воды и газа. Уравнения- (Ы и (6) с точностью до Ш* описывают более оО режимов испытаний промышленных доменных скрубберов и справедливы а интервалах £ = 115 - 440ÜG, V = 21 - bÖQC, rn = 1,3» - 5,20 кг/кг.

Анализ известного уравнения, описывающего изменение температуры сред в прямоточном контактном теплообменнике, каким является труба Вентури, показал,что при N > (3 - 5? величина £ практически не зависит от W . Расчеты показали, что для реальных труб вентури в доменных газоочистках N всегда больше пяти. Поэтому для расчета теплового режима в трубах ¿ентури выведено новое уравнение

о.991'+- ¿т-С^т+Ь'-с!"), (V

где I"- энтальпия воды на выходе; с!' и Ь" начальное и конечное вларосодеЕаание доменного газа.

Уравнение (?) решается методом последовательных приближений. Для, упрощения процесса решения построены ' номограммы, опубликованные & журнале "Известия вузов.Черная металлургия", ж 2, 198Уг, с. 136 - Х3&._

Третья глава посвящена разработке методики расчета оп- -тимальной температуры доменного газа. В системах очистки доменного газа одновременно производит его охлаждение для снижения влагосодержашя, которое увеличивает потери с уходящими газами у потребителя. Понижать температуру газа рационально до тех пор, цока сумма издержек на охлаждение га- . за-и затрат на покрытие'потерь тепла у потребителя не достигнет минимума. Этот минимум определяется при анализе технико-экономических характеристик системы, включающей домем-" -ную газоочистку, аппараты для осветления шламовой воды и градирню, связанные циркуляционными водоводами и насосами. Расход воды в такоА системе лимитируется. не требованиями к , очистке газа, а условиями его охлаждения..

Автором, разработана методика расчета оптимального рё- . гта охлаждения газа, заключающаяся в следующем. "

1. Система рассматривается как теплообменник с промежуточным теплоносителем (орошающей водой), где горячая ступень- газоочистка, а холодная - градирня. '

2. Тепловой режиугскруббера рассчитывается'по уравне-' ниям (&} или (6) .. - :

3. Тепловой режим в трубе Бентури и дроссельной груп- -не определяется из соотношения (7> . "

4. Тепловой режим в градирне рассчитывается по известным формулам,

. Ь. - Потери тепла у потребителей газа рассчитываются, по расходу и энтальпии уходнщих газов..

6. Издержки на охлаждение газа включают затраты электроэнергии на царкуляцаю воды в системе и стоимость подди-точной. Воды.-

.В результате расчета выведена зависимость "суммарных затрат' от расхода води или. от температура очищенного газа.

Но этой методике составлен алгоритм,- блок-схема и программа расчета на ЭВМ. Расчет по этой программе для условий ЧЗапоро.сстали"показал, что минимум затрат будет при величинах т = 2,6 - 3,2 кг/кг. При таких расходах воды температура охлажденного газа будет 44,5 - 43°С. ; Результаты дроведекяой работы позволяют заключить, что указания норм технологического проектирования в части расходов охлаждающей воды должны быть , откорректированы и основаны на экономических расчетах. Температура очищенного газа сложным образом зависит от большого числа переменных и на каждом предприятии должна поддерживаться на уровне, определяемом по изложенной методике. •

В четвертой главе приведены теоретические исследования подготовки теплоносителя в топочно-инжекционных системах. В общем виде связь кратности инжекцаи с физическими и геометрическими параметрами в безразмерном ввде для инжектора без диффузора была получена Г.П.Иванцовым в результате преобразования уравнения энергетического баланса инжектора.

. В связи с ориентацией расчета на печную топочно-инжек-ционную систему в уравнение Г.П.Иванцова внесены следующие изменения и дополнения.

1. ОбьемныЙ коэффициент инжекции (гп) заменен массовой кратностью инзекцш (И) через выражение т =иУ + I, где

V - отношение плотностей газов, вытекающих из сопла и инжек-' тируемых. ■

2. Введены безразмерные площади сечений-входного и выходного каналов.

3. Введены коэффициенты гидравлических потерь в топочно- ■ инжекцпонной системе.

4. Введены коэффициенты неравномерности скоростных полей по кинетической энергии.

С учетом перечисленного выполнены математические преобразования и уравнение представлено в виде зависимостей параметров, содержащих безразмерные геометрические отношения, от кратности инжекции и физических параметров смешиваемых сред

В -

л

сир+1)2

и2(ау2+у)-и(ЫМ].

(9)

Здесь С* = 0,5Ув?6«Гв - комплекс, характеризующий входные условии, где >+> - коэффициент неравномерности паля скоростей; X - сумма коэффициентов гидравлических потерь;^ - отношение площадеЛ сечений смесителя и сопла.

^вых.-^вшУаь 1 <.) ~ комплекс, характеризующий условия в смесителе и выходном канале по тем же параметрам. Индексы: см. - смеситель, вых. - выходной канал.

Но выведенному уравнению были построены графические зависимости, показавшие характер влияния кратности инжек-цаи на безразмерные комплексы и пределы функционирования топочко-инкекционных систем.

Да втором этапе расчетов были учтены различия в геометрических напорах, создаваемых в вертикальных каналах с различным уровнем, для этого геометрический напор в каждом канале отнесли к скоростному напору в сопле.

Выведенное в общем виде уравнение использовано, ддя определения условии, при которых инкекдая возврата прекращается, т.е.и = 0: 2 . „ *

-а

у _ 2;

¿0*1 $2-

(га-Н)2 (21+1-0*

№

Для расчета параметров теплоносителя, состоящего из многокомпонентной смеси, полученной в многоступенчатом инжекторе были выведены следующие зависимости. Т емпература смеси

1}0] >

где С - теплоелдкости; П - количество входящих потоков, для случая, когда химический состав потоков одинаков ж теплоемкость рассчитывается по формуле типа: С = А +

28 '(>2)

Концентрации компонентов в смесд, получаемой в многоступенчатом инжекторе мояно рассчитат.ь по формуле

ксм = (кс+г цк^б^г: щ): , (,3)

Выведены также формулы для расчета концентрации компонента в регулирующем потоке необходимой для получения заданной концентрации в смеси.

Плотность смеси.'Формула для расчета получена из теплового баланса с учетам уравнения состояния идеального газа " Л . ...

д - —и с —- (>о

С-» *

для э-адзетивног» выполнен^ процесса нагрева материала а рабочей камере необходимо .иметь устойчивый, замкнутый и управляемый контур циркудящи вид рециркуляции . Этот . замкнутый контур, в свою очередь, будет оказывать влияние ' на процесс в самой топочно^ияжекциоаной системе..

На основании закономерностей Настильной стесненной струи применительно к многозонным печам выведен^'формула для расчета увеличения кратности шкекции' за счет остаточное кинетической- энергии потока теплоносителя,"

где сИэ,- эквивалентный диаметр выходного канала;. I - расстояние от выхода до входа по траектории струи.

С использованием этого уравнения разработана методик' ка расчета замкнутого контура рециркуляции. Определены, условия, при которых контур размыкается, что следует. рассма<-. " триаать как необходимость введения в контур дополнительного топочно-инжекционного узла или струи энергетического воздуха.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований на промышленных объектах ж лабораторных установках и моделях. .

Экспериментальные исследования контактных теплообменников проводилось на доменных печах -заводов'Юго-Востока СНГ (на 10 печах 8-и заводов) с целью нахождения эмпирических коэффициентов для разрабатываемой методики расчета гепловшс режимов скрубберов и труб Вентури, а также для проверки выполнения технических требований на доменный газ а норм технологического проектирования'. '

для измерений применялись приборы, установленные на щитах газоочисток. Б процессе измерений меняли, в некоторых случаях, расход воды на скруббер и трубу Вентури. Фиксировались значения давления газа, его расход и температура до . и после газоочистки, температура и расход воды.

По данным экспериментальных "замеров выведены шуэмпи-рические формулы Со - 7) для теплового расчета доменного скруббера и трубы Вентури; Обращает на себя'внимание тот : факт, что при наличии замкнуто.! системы водооборота, практически нигде нэ выдерживается регламентируемая температура очищенного газа.

Экспериментальные исследования инжекции в.топочно-ин-жекшюнных системах выполнены при двух способах воздействия: вводом местного сопротивление, и противоборствующей струей.

Первый спосоо исследован на аэродинамической модели топки ( масштаб 1:Ь) , выполняющей функцию двухступенчатого инжектора. В выходной'канал вводили сопротивление в виде заслонки, тем сзмт увеличивала противодавление. Увеличение степени перерытая канала вело к снижению кратности инжекции по обеим ступеням. Ери отношении неперзкрытой площади к полной Со =0,65 движение в центральном канале ( вторая . ступень инжекции) прекращалось, а при дальнейшем — происходило выбивание теплоносителя через этот канал. При изменения СУ от I до. О общая кратность инжекции уменьшалась с 3,1Ь до - I, а в центральном канале от 0,7 до - 2,4. Это и есть диапазон управления .инжекцией в этой конструкции, причем знак (-) означает изменение, направления движения газов на противоположное, расчеты по ранее приведенной формуле (II) показали, что такое управление обеспечивает изменение температуры от ЭоЪ до1ЬоО°С при сжигании природного газа и от 910 до 13Х0°С при сжигании коксодомекной смеси с

теплотой сгорания 7,0 МДж/м3.

Наибольший практический интерес представляет область выбивания теплоносителя через центральный канал. Это единственный реальный способ подачи свежей греющей смеси к центральным и нижним участкам садки. Реализация его позволит повысить скорость и равномерность нагрева всей садки.

Второй способ- управление теплоносителем с помощью противоборствующей струи- был исследован. двумя методами: теневым на приборе Теплера и аэродинамическим на модели топки- .

Теневым методом выполнены качественные исследования на прозрачной локальной моцели одной зоны печи, в которой свежие продукты сгорания и управляющую струга воздуха имитиро-в?ли углекислым газом, а возврат- воздухом из окружающей среды. Сопла горелки и воздуха были расположены в противоположных торцевых стенках топки соосно и навстречу друг ДРУгу. При постоянном расходе через горелку, расход в управляющей струе изменяли от нуля до максимума. При визуальной оценке картин движения были выделены, кроме исходной еде три разновидности: выбивание .через центральный канал при рециркуляции в первом; выбивание через все каналы; всасывание через, канал выхода и выбивание через остальные.

Качественные исследования выполнены на промышлэнной термической печи исходной' конструкции, в которой сделали -дополнительные каналы выхода.в середине по длине каждой топки. Не меняя геометрических параметров топки й каналов, варьировали расходы через горелку и сопло. Результаты экспериментов показали,что , воздействуя противоборствующей струей на поток теплоносителя в топке, можно обеспечить подачу половины теплоносителя в центральные и нижние участки садки через центральный канал.'

После реконструкции печи, выполненной по проекту, з • котором использованы результаты расчетов геометрических

параметров топочно-инжекционных узлов по разработанной ме-. тодике, выполнили замеры скоростей в каналах крнльчатым анемометром при подаче через горелки только воздуха. Получено хоролее совпадение экспериментальных значений кратности инжекции с.расчетными.Отклонения на 10___объясняются

неточностью определения коэффициентов гидравлических сопротивлений и неравномерности скоростных полей.

Внедрение результатов выполненной работы, а именно: оптимального режима охлаждения доменного газа в аппаратах мокрой газоочистки на комбинате "Запорожсталь" и топсчно-инжекционных систем,' рассчитанных по разработанной методике, в термических печах Nзавода "Днепроспецсталь" позволит сократить тепловые и газообразные выбросы.

Для определения величины этого сокращения произведено сравнение двух режимов охлаждения доменного газа: требуемого по нормам технологического проектирования и оптимального, полученного из расчёта по разработанной методике.

Снижение мощности, затрачиваемой на циркуляцию оборотной воды при работе в оптимальном режиме, составит 4Ь90 кВт.'

Лсходя из этой' величины, а также с учетом доли тепловых станций в выработке электроэнергии и состава потребляемо го. ими топлива, рассчитано снижение выбросов диоксида серы и тепловых выбросов в атмосферу. Оно составит соответственно 365 т/год и 10900 ГДж/год.

Как показали опытные данные, расход топлива на тер. мических:печах, реконструированных с использованием полученных зависимостей, уменьшился на Следовательно, настолько же сократился расход газообразных выбросов.

Исследования, проведенные рядом авторов, показывают, что применение рециркуляции позволяет уменьшить содержание оксидов азота в дымовых газах на Ъ<Ж. Сравнение значений кратности рециркуляции в печах до реконструкции и после позволяет ориентировочно оценить.снижение концентрации оксидов азота за счет увеличения рециркуляции на 30%.

Расчет для Ь реконструированных печей показал снижение выбросов оксидов азота примерно на 1000 кг в год, а при внедрении окончательной реконструкции, на 26 печах-на Ь 200 кг в год. '

Уменьшение тепловых выбросов при работе & реконструированных печей составит 16 4000 ГДж/год.

В кузнечно-прессовом цехе завода "Днепроспецсталь"

установлено 18 термических и нагревательных печей, подобных реконструированным. После реконструкции этих печей об-:цее возможное сокращение выбросов достигнет 8600 кг/год

а тепловых выбросов - 144300 ГДж/гоц.

. О Б Ц Л Е ВЫВОДи

1. Подготовка теплоносителя до и после сжигания является важным направлением в работах по энергосбережению и охране окружающей среды, позволяя более аффективно использовать топливо и снижать удельные газообразные выброса.

2. Для определения оптимальной температуры доменного газа выведены зависимости , позволяющие рассчитывать тепловые режимы противоточных и прямоточных теплообменников при больших числах переноса теплоты. Построена номограмма для расчета прямоточных теплообменников в зтой области.

3. Построена У-А диаграмма влажного доменного газа для различных давлений. Применение ее позволяет ликвидировать погрешности в расчетах, связанные с разницей в составах газа и воздуха и повышенным давлением в газоочистке.

4. Разработана методика определения оптимального режима охлаждения доменного газа. Внедрение методики позволит получить ткономию за счет снижения суммарна расходов энергии на воцооборот и на покрытие потерь при скитании влажного газа.

Ь. Разработана структурно-режимная классификация рециркуляции газов, облегчажцая анализ разнородной информации по инфекционной подготовке теплоносителя.

6. шявлена аналитическая связь кратности инжокции с конструктивными параметрами топочно-инжекциоиных систем.

7. Выведено уравнение , использование которого на стадии проектирования дает возможность рассчитать конструктивные параметры топочно-инжекционных систем по заданной кратности инжекции.

8. Результаты конструктивных расчетов по упомянутой методике использованы в рабочем проекте реконструкции печей. Проект реализован в термическом цехе завода "Днепро-

спецсталь".

У. Выявлены зависимости и выведены расчетные формулы для определения физических параметров многокомпонентных греющих смесей, получаемых в многоступенчатых инжекторах.

М. Выведено математическое описание связи кратности ■ интекции с геометрическим налорои. Определены условия работы разноуровневых толочно-инжекционных систем.

11. Разработана методика расчета полного замкнутого контура рециркуляции и определены условия его устойчивости.

12. Выполнены исследования управляемой рециркуляции на моделях, показавшие реальную возможность изменения в заданном направлении параметров теплоносителя и его движения.

13. Разработано устройство для. управления параметрами и направлением движения теплоносителя в топочно-ингкекционных системах с помощью противоборствующих струй, на которое получено авторское свидетельство. $ 1171642.

14. Это устройство внедрено в рабочий проект и на пяти промышленных печах смонтировано. Промышленное опробование показало резкое ускорение нагрева нижней части, что позволило сократить длительность операции на 3-4 ч. Годовой экономический эффект в условиях термического цеха.завода "Днеп-роспецстапь" Ь8,7 тыс.руб. в ценах 1990 г.

Ь. При полном внедрении выполненных разработок на комбинате "Запорожсталь" и заводе "Днепроспецсталь" суммарное уменьшение выбросов составит: Ы0Х на 8,8 т/год,50„ на 365 т/год, тепла на 15500 ГДи/гоц. -

По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ, основные из них перечислены ниже.

1. Определение температуры греющих газов при смешении их с воздухом в рециркуляционных печах / В.Г. Рыжков., 1;.II.Павленко // Лзв.вуз Лу1.-1988.-Ю.-С.79-83.

2. Применение поцподовых.топок для управляемой рециркуляции продуктов сгорания / Б.Г.Рыжков., Г.¡«1.Рыжков // Нузнечно-штамповочное производство.-1987,-М.-С.37-38.

3. Управляемая рециркуляция в подподовой топке /В,Г.Рыжков., Г Л. Рыжко в. // Лзв. вуз Лм. -1987 ,-Н .-С. 116-119.

t. Куклинский Б.В., Рыжков В.Г. О тепловом расчете прямо-точных контактных теплообменников // Состояние и перспективы развития ллектротехнологии: Тез.докл. Всес. науч.-техн.конф.-Иваново.1987.-С .42.

э. О диаграмме состояния влажного доменного газа / Куклинский В.Б., Рыжков В.Г. // Лзв.вуз. ЧМ.-1У87.-!? 8.- С.14-16.

6. Рыжков Б.Г. Определение оптимальной температуры доменного газа после мокрой газоочистки // III обл.конф.мо-лодых ученых: Тез.докл.-Запорржье. 1У88.-С.132.

7. Рыжков Г.М..Черняков В.А..Рыжков В.Г. Совершенствование термических камерных печей / Лн-т "Черметинформация".М., I9UÜ. ( Обзор.информ.Сер.Общеотраслевые вопр. Вып.З.-20,^

ü. К расчету теплообменников с непосредственным контактом газов и жидкости /Куклинский В.В.,Рижков В.Г. // Лзв. вуп. 4M.-. 1969.-«.- С. 136-136.

У. О тепловом расчете противоточных доменных скрубберов /

B.В.Куклинский., В.Г. Рыжков // Лэз.вуз. 4M. 1990.-'ЙЗ.-

C.3-4.

10. Технико-пкокомические характеристики доменного водо-оборота / В.В.Куклинский, В.Г.Рыжков // Лзз.вуз. ЧМ.-19У1№ 8.- C.7b-77.

11. О влиянии кратности циркуляции орслающей воды на Температуру очищенного доменного'газа / В.В.Куклинский, В.Г..Рыжков // Изв.вуз. 4М.-1УУ1.- "й.-С.'Т-б. ■

•12. Ü методике Теплового расчета доменных скрубберов / В.В.Куклинский, В.Г.Рыжков //Изв.вуз. ЧМ.-1УУ0.-#12.-С.69-70. -'

13. A.c. П42ЫЗ СССР. ЖЛ2 С 27 В7/22. ¡¿ногоступенчатая установка для очистки и охлаждения'газа / В.В.Куклинский, В.Г. Рыжков, С.Л.Крючков, ТЛ;Яценко (СССР) . - 362Ь929/ 22-02. '

I4-. A.c. 117642 СССР. ьШ2 23 СЗ/00. Рециркуляционная топка/ Г.М,Рыжков, А.А.Ченцов, Л.л.Шштенко.В.Г.Рьгкков и др. (СССР) 360101У/24-00,

Ib. Рыжков В.Г. и др. Расчет параметров греющей смеси при

рециркуляции продуктов сгорания //Научные основы конструирования металлургических печей: теплотехника и экология: Тез.докл.Междунар.сем.- Днепропетровск, 1993,-С.Ы-Ь2. 16. О связи кратности рециркуляции с конструктивными параметрами печного инжектора / В.Г.Рыжков и др.// Изв.вуэ.ЧМ.-1994.-!?2.- С.242-246. 17. Методика расчета и исследование основных параметров многокомпонентной смеси при рециркуляции / В.Г.Рьгжков. и др. // Изв.вуз. Чад.-1994.6.

Рыжков Вадим Гениевич

Лсследование и разработка технических средств подготовки теплоносителя, обеспечивающих снижение тепловых и газообразных выбросов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата технических наук

Редакционно-издательский отдел ЗАЛ

Подписано в печать 05.07.94. Формат 60x841/16.Бум.тип.№1 Офс.леч. Усл.печ.лЛ,0. Уч.-изд.л 1,0 1ираж ЬО экз. Заказ 32£2. .Бесплатно.