автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование сложного теплообмена в трубах фильда и их использование в энергосберегающей схеме стекловаренной установки

На правах рукописи

004605696

ХОАНГ ХАК ХОАНГ

Л

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ТРУБАХ ФИЛЬДА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СХЕМЕ СТЕКЛОВАРЕННОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ИЮН 2010

Москва-2010

004605696

Работа выполнена на кафедре «Тепломассообменных процессов и установок» Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сергиевский Эдуард Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Султангузин Ильдар Айдарович

кандидат технических наук Крылов Андрей Николаевич

Ведущая организация: ВНИИПИэнергопром

Защита диссертации состоится " ¿?-/ " ¿и-сиЯ 2010 года в часов ¿0 минут в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, дом 17.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, дом 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан: (■¿ЩХ^ 2010 года. Ученый секретарь

диссертационного г, ]

совета Д 212.157.10 /^ 1 ^ ^ : г

к.т.н., доцент / Степанова Т.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации:

Согласно экономической стратегии в России на период до 2030 г., внутренний спрос на топливно-энергетические ресурсы к 2030 г. вырастет в 1,61,7 раза по отношению к уровню 2005 г., в том числе потребление природного газа увеличится в 1,4-1,5 раза.*1

По прогнозам в России цена природного газа на внутреннем либерализованном рынке может увеличиться по сравнению с уровнем 2005 г. в 2-2,5 раза в 2020 г. и в 3-3,5 раза в 2030 г. (в сопоставимых ценах).* 1

Эффективность использования этого топлива в высокотемпературных установках (ВТУ) низка из-за значительных тепловых потерь во внешнюю среду через наружные ограждения (10-25 %) и с отходящими газами (до 70 %). При этом КПД агрегатов, использующих данный вид топлива, варьируется в интервале 15-30 %. *2

Таким образом, актуальность задачи для плавильных процессов и установок в системах производства стекла, потребляющих природный газ, обусловлена значительными масштабами потребления природного газа, его растущей стоимостью и наличием существенного потенциала энергосбережения, т.е. разностью между действительным удельным расходом топлива и его теоретическим минимумом.

В настоящее время повышение эффективности использования топлива в ВТУ идет за счет уменьшения тепловых отходов и использования их теплового потенциала для данного или внешнего теплотехнологического процесса в энергосберегающих целях.

Анализ существующих энергосберегающих схем стекловаренных установок показал, что основным способом повышения энергетической эффективности их работы являются использование теплоты уходящих газов для подогрева воздуха горения.

Дополнительным энергетическим источником, позволяющим уменьшить затраты топлива на производство технологического продукта в стекловаренной установке, может быть теплота расплава стекломассы, рассеиваемая излучением в студочной зоне. Поскольку охлаждение технологического продукта происходит при температуре 1400-1200 °С в пространстве с более низкой температурой, имеет смысл использовать эту теплоту (в зависимости от её потенциала) для подогрева шихтовых материалов и/или окислителя. Для этого предлагается использовать трубы Фильда, которые, согласно литературным данным, являются эффективным средством передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Цель работы заключается в исследовании и совершенствовании элементов энергосберегающих схем утилизации тепловых отходов стекловаренной установки, на основе моделирования теплообмена в зоне охлаждения технологического продукта и теплообменном оборудовании, оснащенных трубами Фильда.

Проект. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года.

*2 Ключников А. Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Выбрать инструмент моделирования и провести его тарировку на примере решения сопряженной задачи теплообмена для двухканального теплообменника с различными граничными условиями на его наружных поверхностях.

- Разработать двухмерную математическую модель сложного теплообмена в трубе Фильда, омываемой высокотемпературным газом. Сопоставить результаты расчета по ней с данными расчета по одномерной инженерной модели с распределенными параметрами и указать допустимую область применения последней, а так же определить влияние условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

- Выполнить экспериментальные исследования теплообмена в трубе Фильда, омываемой горячим теплоносителем в области умеренных температур, и сопоставить полученные результаты с данными численного моделирования для проверки адекватности разработанных моделей.

- Разработать математическую модель лучистого охлаждения стекломассы в студочной камере, оснащенной трубами Фильда, и определить условия, при которых нагреваемый теплоноситель приобретает наибольшую температуру, при требуемой выходной температуре технологического продукта.

- Исследовать возможность использования труб Фильда в теплообменном оборудовании и студочной зоне для подогрева окислителя и шихтовых материалов, в сравнении с существующей энергосберегающей схемой утилизации теплоты отходящих газов.

Научная новизна:

1.На основании математического моделирования установлено влияние условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

2. Экспериментально выявлена неравномерность распределения температуры в продольном и поперечном направлениях трубы Фильда. Получено хорошее совпадение экспериментальных данных с результатами численного моделирования теплообмена, выполненного в программном комплексе РНОЕ№С8, в области умеренных температур.

3. Впервые, на основе современного вычислительного комплекса, проведено численное исследование лучистого охлаждения стекломассы в студочной зоне, оснащенной трубами Фильда, что позволило определить профили скоростей и температур в поперечных сечениях расплава, а также выявить рациональные режимы работы студки.

4. На основе разработанных математических моделей исследованы энергосберегающие схемы утилизации тепловых отходов стекловаренной установки и предложены решения, позволяющие существенно снизить расход топлива по сравнению со схемой использования теплоты отходящих газов для подогрева окислителя.

5. Показано, что наибольшим КПД обладает стекловаренная установка, в энергосберегающей схеме которой используются трубы Фильда для утилизации теплоты отходящих газов и энергии излучения расплава студочной зоны с целью подогрева шихты и окислителя.

Достоверность. Приведенные в диссертационной работе данные и выводы базируются на использовании современных программ численных исследований (МаШСАБ, РНОЕШСЗ), методах проведения натурных исследований и их обработки, а так же на соответствии результатам исследований других авторов.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты (модели, эмпирические зависимости и графический материал) позволяют:

• расчетным путем установить соотношение проходных сечений каналов б трубе Фильда, находящейся в поле излучения высокотемпературного газа, при котором достигается наибольшая температура нагреваемого теплоносителя;

• выбрать рациональный режим работы студочной зоны, оснащенной трубами Фильда для утилизации энергии теплового излучения технологического продукта;

• существенно снизить расход топлива для получения единицы технологического продукта;

• определять энергетическую эффективность использования предложенных энергосберегающих решений.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Математические модели и результаты расчетов сложного теплообмена в трубах Фильда, находящихся в поле излучения высокотемпературного теплоносителя;

• Результаты натурных и численных экспериментов по моделированию теплообмена в трубе Фильда, омываемой жидким теплоносителем в условиях умеренных температур;

• Интерполяционные зависимости и графический материал, полученные по результатам численного моделирования лучистого охлаждения расплава в студочной зоне (оснащенной трубами Фильда), позволяющие определить рациональные режимы её работы;

• Энергосберегающее решение, основанное на использовании труб Фильда для утилизации тепловой энергии излучения расплава студочной зоны и отходящих газов для подогрева воздуха горения и исходного материала (шихты).

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на 15 и 16-ой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика (Москва, 2009 г. и 2010 г.);

Публикации. Материалы, отражающие содержание диссертационной работы и полученные в ходе ее выполнения, представлены в 7 публикациях, в том числе в 1-ой статье в реферируемом журнале из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, список литературы включает 76 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖЕНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации. Поставлена цель и сформулированы задачи работы. Показана научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе дан обзор энерго- эффективных технологических схем производства стекла, определена цель и сформулированы задачи данной ра-

Производство стекла - один из наиболее энергоемких технологических процессов, реализованных в промышленности России. Согласно литературным данным в современных печах только 70% затраченной энергии используется в процессе плавления и переработки стекла. Из этих 70%, только 40 % энергии, полученной при сжигании топлива, поступает на плавление технологического материала, в то время как 60% теряется через наружные ограждения печи и с нагретыми дымовыми газами. Кроме того, по оценкам экспертов стекольная отрасль, являясь значимым потребителем топлива и энергии, вносит заметный вклад в выбросы парниковых газов.

Анализ существующих схем утилизации тепловых отходов стекловаренных установок показал, что к основным способам, повышающим энергетическую эффективность работы систем выработки стекла, относятся схемы использования теплоты уходящих газов для подогрева воздуха горения или шихтовых материалов.

В 1-ом случае в качестве регенеративного устройства в схеме с воздушной регенерации обычно используется стальной кожухотрубный рекуперативный теплообменный аппарат, в котором воздух, поступающий на горение, нагревается за счет теплоты отходящих газов до температуры около 700-750 °С.

Что касается второго случая, то в подогревателях шихты и стеклянного боя (применяемые в стеклоплавильной промышленности с середины 80-х годов) исходный материал нагревается до температур порядка 250- 500°С, что позволяет регенерировать 12-18 % затраченной энергии.

Другие, отмеченные в обзоре, технологические решения по дальнейшему сбережению энергии (вплоть до теоретического предела) оказываются труднореализуемыми на сегодняшний день из-за отсутствия или высокой стоимости требуемых материалов, либо больших капитальных вложений.

Тем не менее, дополнительным энергетическим источником, позволяющим уменьшить затраты топлива на производство технологического продукта в стекловаренных установках, может служить энергия теплового излучения стекломассы, рассеиваемая в студочной зоне. Для утилизации этой теп-

лоты предлагается использовать в зоне охлаждения расплава трубы с двойной циркуляцией, т.е. трубы Фильда, которые по данным литературного обзора являются эффективным средством передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Обзор литературы, посвященной расчету теплообмена в трубе Фильда, омываемой горячим теплоносителем, показал, что привлекаемые для этой цели модели являются одномерными. В них используется допущение о доминировании конвекции над кондукцией и излучением. Это, с одной стороны, упрощает решение задачи, поскольку позволяет свести все механизмы переноса к конвективному теплообмену, а с другой - ограничивает область их применения, г.к. при изменении условий теплообмена требуется новое определение области допустимых значений используемых величин. Снять эту проблему можно с помощью современных вычислительных комплексов таких как PHOENICS, FLUENT, CFD и т.д.

Во второй главе сделан выбор инструмента для математического моделирования теплообменных процессов и проведена его тарировка на примере решения сопряженной задачи теплообмена для двухканального теплообменника с различными схемами движения теплоносителей и разными граничными условиями на его наружных поверхностях.

Установлено, что одномерная модель с сосредоточенными параметрами может использоваться в инженерной практике для оценочных расчетов, когда погрешность в 15% не считается значительной. Для более точного расчета рекомендуется использовать двухмерную модель с распределенными параметрами, которая может быть реализована в таких вычислительных комплексах как PHOENICS или FLUENT.

Здесь же представлена двухмерная математическая модель для описания сложного теплообмена в трубе Фильда, омываемой высокотемпературным газом. Проведено сопоставление результатов расчета по этой модели с расчетом по одномерной инженерной модели с распределенными параметрами и определено влияние условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

На рис. 1 представлена труба Фильда с указанием направления движения теплоносителя

Рис. 1. Труба Фильда и направления движения теплоносителя: 1 - центральная трубка; 2 - тупиковый конец трубы Фильда; 3 - внешняя трубка; 4 - направление движения теплоносителя; 5 - поток дымовых газов.

Для исследования теплообмена в радиационном рекуператоре с трубами Фильда разработаны две математические модели. Одна из них реализована в среде МагЬСас! и является одномерной моделью с распределенными параметрами, другая - двумерная модель и создана в вычислительном комплексе РНОЕМСБ.

Система уравнений, описывающая одномерный процесс теплообмена, имеет вид:

се, -¡а)<>ш -О^ю +«1-2('с1 -'с2)«*т

0)

<*г('с2 - <2) ¿31 + а2 ('сз - ) ¿В2 = «1-2 (?С1 - (С2 )^Н2 С Го'/'» V сГ~_(' 1 «• А ИГ

\-i-2fn-ii "1 '1/ " В2 *

где 'сь гС2> !ь 12> 12 ~ температуры наружной и внутренней стен трубы Фильда, дымовых газов и нагреваемого теплоносителя в центральной трубке и в кольцевом канале, соответственно;

й?Н1, ¿/Н2, I ~ наружный и внутренний диаметры внешней и центральной трубки, а так же расчетный шаг (/ 5 0,5м);

а2, а'2, а2 - коэффициенты теплоотдачи от наружной и внутренней стен трубы Фильда к теплоносителю в кольцевом канале, а так же от внутренней стенки трубы Фильда к теплоносителю в центральной трубке;

аЬ2=5.б7'10ч,£-С2 +(га)2|[гС1+7Ь2] - коэффициент теплоотдачи излучением между стенками кольцевого канала трубы Фильда, Вт/(м2К);

а, =5.67-10~8£Дт]']•[:?;'+ГС1]-{!! - коэффициент теплоотдачи излучением от дымовых газов к трубе Фильда, Вт/(м2К);

V], \Т2 - расход дымовых газов и нагреваемого теплоносителя, м3/с; Ы—число труб Фильда в составе радиационного рекуператора;

коэффициент пересчета лучистой поверхности нагрева к полной поверхности и коэффициент рассеивания тепла в окружающую среду; £с2, Сг- степень черноты стенки внутренней трубы и дымовых газов; подстрочный индекс п - номер поперечного сечения трубы Фильда; В отличие от модели Хмельницкого Р.З.*3 модель (1) учитывает возможность не симметричной конвективной теплоотдачи на стенках кольцевого канала, которая рассчитывается по формулам Петухова Б.С.*4

Расчетная схема теплообмена в трубе Фильда, находящейся в поле излучения высокотемпературных газов для одномерной модели с распределенными параметрами представлена на рис. 2.

*3 Хмельницкий Р. 3. «Стальные рекуператоры. Расчет и основы проектирования».

*4 Петухов Б.С. и др. Теплообмен в ядерных энергетических установках.

4

p..-------------.-------------------ф

! И-1 / П ;

Рис.2. Теплообмен в выделенном элементе трубы Фильда:

AQicmr тепловой поток излучения от дымовых газов к стенке внешней трубки;

Д<3изл2- результирующий тепловой поток излучения в кольцевом канале; AQkohbu AQKOhb2, AQkohb3- конвективные тепловые потоки от стен к теплоносителю.

Система уравнения (1) методом последовательного исключения неизвестных была сведена к двум уравнениям с неизвестными ta, ta- Их решение было выполнено имеющимися в MathCAD численными и графическими средствами.

Двухмерная математическая модель, разработанная в вычислительном комплексе PHOENICS, включает в себя уравнения неразрывности, движения, энергии, уравнение кинетической энергии турбулентности и уравнение диссипации энергии турбулентности при соответствующих граничных условиях и параметрах к-Е модели турбулентности. Данные уравнения имеют общую форму:

где Ф-х - любое удельное свойство ¿-й фазы, такое как энтальпия, импульс, массовая доля химической компоненты, энергия турбулентности и др.; V;- вектор скорости г'-й фазы;

Гф - диффузионный коэффициент свойства Ф в г-й фазе; 1?г - источник свойства Ф.

- + divip^ - Гф. grad(0j j)=Sj,

(2)

Для описания механизма переноса теплоты излучением использован модуль ШПЖЗОЬ, входящий в комплект вычислительного пакета РНОЕМС8.

Результатами, полученными при расчете в программе РНОЕМСБ по двухмерной модели, являются поля скоростей, температур и давлений в каналах, а так же локальные значения чисел Нуссельта и коэффициентов теплоотдачи вдоль каналов трубы Фильда.

На рис. 3 сопоставлены результаты математического моделирования, выполненного по одномерной модели с сосредоточенными параметрами и двухмерной модели, разработанной в РНОЕ№С8.

1.4x1 о3

1.2x103 1x103

йй,

800 600 400 200 0

0 0.15 0.3 0.45 0.6 0,75 0.9 1.05 1.2 1:35 1.5 1.65 1.8

2,и

Рис. 3. Распределение температуры дымовых газов (верхняя кривая) и нагреваемого теплоносителя (смыкающиеся кривые) вдоль трубы Фильда:

1- расчет по РНОЕ№С8, 2- расчет по инженерной методике с шагом 0.1 м (белые маркеры) и 0.2 м (черные маркеры)

Видно, что обе модели показывают аналогичную динамику изменения температуры нагреваемого теплоносителя и дымовых газов вдоль трубы Фильда.

Анализ расчета по двухмерной модели показал, что скорость и температура теплоносителя имеют существенную неравномерность в поперечном сечении трубы Фильда. Кроме того, интенсивность нагрева воздуха во внутренней трубке и в кольцевом канале существенно различаются. Поэтому в данной работе было проведено исследование влияния размеров проходных сечений каналов в трубе Фильда на выходную температуру нагреваемого теплоносителя.

В расчете, изменение соотношения площадей проходных сечений каналов осуществлялось варьированием размера внутреннего диаметра центральной трубки, при неизменных значениях внутреннего диаметра внешней трубки и других геометрических параметров трубы Фильда.

Результаты расчета показали, что при отношении площади проходного сечения внутренней трубы к проходному сечению кольцевого канала 81/82 ~ 0.3 достигается максимальная температура нагреваемого теплоносителя (воздуха) на выходе трубы Фильда (рис.4).

620

590

В

8 560

530

500

: I 1 !

А

/ ч 1

у / у , ^ 1 1 1

1 1 _. 1 1

Рис. 4. Изменение температуры нагреваемого теплоносителя на выходе трубы Фильда, при его температуре на входе равной 0 °С, в зависимости от величины соотношения в] /Эг (где 8] и Эг — площади проходных сечений каналов на входе и выходе трубы Фильда)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Соотношения 31/52

В третьей главе представлены результаты экспериментальных и численных исследований теплообмена в условиях умеренных температур между горячим и холодным теплоносителями, протекающими соответственно в цилиндрическом кожухе и, размещенной на его оси, трубе Фильда.

Экспериментальные исследования выполнены на стенде (рис. 5), содержащий рабочий участок, насосы, термостат, два контура для прокачки холодного и горячего потоков, измерительный комплекс «ВИС.Т», «ИРТИС-200» и компьютерный измерительный комплекс (КИК), имеющей систему сбора данных серии ЯеаНаЫ модель КЬ-321Ш1>.

б)

Рис.5 - Принципиальная схема установки (а) и работай участок (б) с указанием направления движения теплоносителей.

Использование в установке измерительных приборов с разным принципом действия для определения однотипных параметров обусловлено необходимостью иметь достоверные данные о значениях исследуемых величин. Так, определение тепловизионным методом температурных полей необходимо для

верификации данных полученных контактным методом в локальных точках физической модели, а также для оценки искомых величин, полученных входе численного моделирования в программном комплексе РНОЕМСБ.

Эксперименты были проведены при расходе горячего теплоносителя 0.5 т/ч (0.139 кг/с), и вариации холодного теплоносителя в диапазоне (0.2- 0.5) т/ч (0.056+0.139 кг/с). Значения температур холодного и горячего теплоносителей на входе измерительных участков варьировались в интервалах 3,5*5 и 58+59 °С, соответственно.

Относительная погрешность измерения расхода, в указанном диапазоне составила не более 0,6 %. Абсолютная погрешность измерения температуры рассчитывалась по выражению Д1 = 0,6 + 0,004Л, где г - измеряемая температура. Относительная погрешность определения температуры и тепловой мощности не превышает 1,5 % и 4 % во всем исследуемом диапазоне разности температур холодного и горячего теплоносителей.

Результаты экспериментальных и числительных исследований представлены на рис.6-7.

» oro ai ais oí (ш оз 035 о,« о.«з м L.H

Рис.6. Изменение температуры теплоносителей по данным одномерной модели и показания приборов на входе и выходе рабочего и измерительных участков

0.5 ОД : Ктрдапт,*

Рис.7. Температура поверхности рабочего участка с тепловой изоляцией и без нее: 1,4- данные тепловизионной съемки; 3,6-расчет по программе РНОЕШСБ; 2,5- аппроксимация тепловизионных данных.

Видно, что различие в температурах, определяемых разными методами, незначительно. Существующее (12 %) отличие в значениях температур, определенных экспериментально и расчетом по одномерной модели (рис. 6), объясняется тем, что в последнем случае не учитывается реальная геометрия рабочего участка.

В табл. 1 сведены данные температурных измерений, выполненных контактными и тепловизионным методами, а также результаты расчета тепловых поступлений от нагревающего теплоносителя к нагреваемому теплоносителю и окружающей среде.

Таблица 1 - Средние значения определяемых величин в численном и натурном экспериментах

Температура теплоносителей и патрубков рабочего участка

Наименование на входе, °С на выходе, °С

ВИС.Т КИК ИРТИС ВИС.Т КИК ИРТИС

Холодный теплоноситель 3.4 3.6 _ 7.1 7.1 -

Горяч теплоноситель 58.6 | 58.5 58.51 54.66 54.73 56.05

Средняя температура наружной поверхности рабочего участка

Наличие изоляции КИК ИРТИС РНОЕМСв

Есть 32 31.14 29,1

Нет - 57.3 57.8

Баланс 1 (без учета тепловых потерь в окружающую среду через изоляцию)

Наименование Уг-х > Вт О"00 Чг-х > Вт АОг-х. Вт % <2,х> кВт %

Поток от горячего к холодному теплоносителю 2079 1941 137.25 6.6 2.01 3.4

Баланс 2 (с учетом тепловых потерь в окружающую среду через изоляцию)

Наименование С!г,Вт

Вт % Вт %

Составляющие потерь горячего теплоносителя 2008 1843 92 165 8

Видно, что теплопоступления от нагревающего к нагреваемому теплоносителю, рассчитанные по 1-му и 2-ому балансу, сопоставимы по величине и не превышают 10 % барьера относительной погрешности.

Результаты расчётных и экспериментальных данных, представленные в таблицах 2 и 3 показывают, что математическая модель рабочего участка, выполненная в вычислительном комплексе РНОЕН1С8, с меньшей погрешностью согласуется с экспериментальными результатами, по сравнению с одномерной инженерной моделью, поскольку учитывает геометрию исследуемого объекта и трехмерный характер течения теплоносителей.

Представленная в таблице 3 относительная погрешность 51 определена по формуле бг = |(дгэ-Д(ф)/Дгэ(-100%, где Д(э, Д/ф- разности температур теплоносителя на входе и выходе исследуемого участка, полученных соответственно в эксперименте и расчетом по программе РНОЕМСЗ.

Таким образом, разработанная в РНОЕМСв модель может быть использована для проведения теплотехнических расчётов при определении различных режимных и конструктивных параметрах теплообменного оборудования.

Таблица 2 - Результаты расчета теплового баланса на рабочем и измерительных участках холодного и горячего трактов

Величины 1-ый ИУ РУ 2-ой ИУ

Холодный тракт

Расход, бх, т/ч 0,450 0,450 0,450

Средняя температура на входе, 1', °С 3,45 3,56 7,09

Средняя температура на выходе, 1", °С 3,56 7,09 7,17

Теплопоступления, С>пос, Вт 59,86 1850,12 38,97

Суммарные теплопоступления, , Вт 1948,95

Горячий тракт

Расход, Сг, т/ч 0,451 0,451 0,451

Средняя температура на входе, °С 58,62 « 5/1 -- ^, * СИ то

Средняя температура на выходе, 1", °С 58,54 54,73 54,67

2004,18

Тепловые потери, С?,ют, Вт 41,98 к нагреваемому теплоносителю 1 в окружающую среду 31,49

1850,12 154,06

Суммарные тепловые потери, , Вт 2077,65

Табл. 3 - Данные по перепаду температур по каждому тракту при разных расходах

теплоносителей

Холодный тракт Горячий тракт

Эксперимент Расход, т/ч Температура, на входе, °С Температура, на выходе, °С 1 Разность темпе-| ратур, °С Погрешность, % | Расход, т/ч Температура, на входе, °С ! Температура, на выходе, °С Разность темпе-| ратур, °С Погрешность, %

Натурный 0,516 5,02 8,87 3,85 11,2 0,516 59,9 56,07 3,83 8,62

Численный 0,516 5,02 8,44 3,42 0,516 59,9 55,74 4,16

Натурный 0,300 4,47 9,36 4,89 5,1 0,447 58,92 55,37 3,55 4,23

Численный 0,300 4,47 9,11 4,64 0,447 58,92 55,22 3,7

В четвертой главе представлены результаты исследований, являющиеся основой для совершенствования элементов энергосберегающих схем стекловаренной установки.

Необходимой технологической стадией в процессе производства стекла является студка стекломассы до температуры, требуемой для ее последующего формования.

Обычно охлаждение расплава стекломассы осуществляется в студочной зоне стекловаренной установки и далее в технологическом процессе не используется. Поскольку расплав в этой зоне имеет температуру 1400-1200 °С, разумно исследовать возможность использовать энергию его теплового излучения (в зависимости от её потенциала) для подогрева шихтовых материалов и/или окислителя. Для этого предлагается применить трубы с двойной циркуляцией теплоносителя, т.е. трубы Фильда, которые являются эффективным средством передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Для реализации данного предложения в программном комплексе РНОЕМСБ была разработана математическая модель, описывающая процесс охлаждения стекломассы в студочной зоне и передачу её тепловой энергии излучения нагреваемому теплоносителю (воздуху), движущемуся в трубах Фильда. Это позволило исследовать влияния шага и высоты расположения труб Фильда на температурный перепад по толщине расплава, вдоль всей студочной зоны, и на длину пути его охлаждения до требуемой температуры.

На рис. 8 представлена модель зоны охлаждения стекломассы с вариантом расположения труб Фильда, при котором наблюдался наименьший перепад температуры, по толщине расплава и средняя его температура, на выходе студочной зоны, соответствует технологическим требованиям (1200 °С).

Рис. 8 - Продольный и поперечный разрезы студочной зоны и расположение в ней труб Фильда: 1 - кладка из динасового глазированного кирпича; 2 - поток стекломассы; 3 - воздух; 4 - трубы Фильда.

При обработке данных математического моделирования в среде МаШСас! получены эмпирические зависимости (3-4) и диаграмма (рис. 9), которые по-

зволяют по расходу стекломассы (в^) и воздуха в трубах Фильда (0^=210^) определить длину участка охлаждения технологического продукта до требуемой нормами температуры (1200 °С).

ДОг,>Оа,г) = 5.16 + 2.31Л03аг,-9б600„+0.7406,00,г+4.77-1040021г+1.74.1050^ (3) = 129 + 115С?1 +8.104ешг -57.59СгЯ,> -1-16-10-3С^ -3.77-106С1 (4)

Здесь вшг - расходы стекломассы и воздуха соответственно в студочной зоне и трубе Фильда.

Рис. 9 - Влияние расходов нагреваемого (воздуха) и охлаждаемого (расплава) теплоносителей на конечную температуру 1-го и длину участка охлаждения 2-го до требуемой температуры в студочной зоне

На этом же рисунке показано как для 5-ти метровой студочной зоны стекловаренной установки, заданной производительности, определить расход нагреваемого теплоносителя и его конечную температуру, чтобы охлаждаемый теплоноситель (расплав) имел на выходе температуру, соответствующую технологическим требованиям.

В пятой главе представлены результаты исследований энергосберегающих схем для утилизации тепловых отходов стекловаренной установки.

В таблице 4 приведены три варианта энергосберегающих схем (рис. 10) для утилизации тепловых отходов стекловаренной установки производительностью 250 т/сут. В первом варианте теплота уходящих газов используется для подогрева окислителя, а во втором - для подогрева окислителя и шихтовых материалов. Третий вариант энергосберегающей схемы отличает-

ся от второго тем, что предварительный подогрев шихты является двухступенчатым процессом. На 1-ой ступени исходный материал нагревается за счет теплоты отходящих газов, а на второй - догревается за счет теплоты воздуха, поступающего из труб Фильда студочной зоны.

Таблица 4 - Теплотехнические параметры энергосберегающих схем стекловаренной установки при производительности 250 т/сут

Схема Топливо Окислитель Температура

расход, кгут кгт.п температура, "С расход, м3/с температура, °С шихты, °С отходящих газов на выходе воздуха на выходе КПШ2, °С

рекуператора, "С КПШ, °С

В1 0,182 20 4,30 700 20 292 - -

В2 0,174 20 4,11 700 107 292 117 -

ВЗ 0,146 20 3,45 700 191 292 117 191

Примечание: В схеме ВЗ температура воздуха на входе труб Фильда в 5-ти метровой студочной зоне стекловаренной установки равна О °С, а на выходе, согласно диаграмме, представленной на рис. 9, имеет 500 °С при расходе 0.0029 кг/с. В этом случае технологический продукт на выходе из студки бу-де иметь температуру 1200 °С.

. им'

гв

тп

хв

п О! • вп2

^ ВП,

УГ

Схема В1

Схема В2

пм

тв

хш

^ 'вп, вп, кпш.

кос

кпш.

иГЫ1

хв

уг

Схема ВЗ

Рис. 10 - Исследуемые энергосберегающие схемы стекловаренной установки

Видно, что при использовании в стекловаренной установке энергосберегающих схем В2 и ВЗ наблюдается более глубокая утилизация теплоты отходящих газов по сравнению со схемой В1. Температура уходящих газов в

схеме В1 в 2,5 раз больше чем в схемах В2 и ВЗ, поэтому вклад последних схем в тепловое загрязнение окружающей среды не столь значительный по сравнению с 1-ой схемой.

На рис. 11 представлены данные по расходу топлива и КПД стекловаренной установки для различных схем утилизации тепловых отходов.

Рис. 11 - Расход-экономия топлива (а) и КПД (б) стекловаренной установки при использовании разных схем утилизации тепловых отходов:

В1- схема термической регенерации отходящих газов для подогрева воздуха; В2 - схема термической регенерации отходящих газов для подогрева воздуха и шихты; ВЗ - комплексная схема, реализующая подогрев окислителя и исходного материала за счет утилизации теплоты отходящих газов и расплава сгудочной зоны

Из приведенных диаграмм видно, что использование комплексной схемы (ВЗ) в место схемы с воздушной регенерацией (В1) может обеспечить снижение расхода топлива на 20 % и повысить КПД на 7 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выбран инструмент математического моделирования и проведена его тарировка на примере решения сопряженной задачи теплообмена для двухканального теплообменника с различными граничными условиями на его наружных поверхностях.

2. Разработана двухмерная математическая модель сложного теплообмена в трубе Фильда, омываемой высокотемпературным газом. Сопоставлены результаты расчета по ней с данными расчета по одномерной модели с распределенными параметрами и указана допустимая область применения последней, а так же определены влияния условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

3. Проведены экспериментальные исследования теплообмена в трубе Фильда, омываемой горячим теплоносителем в области умеренных температур. Полученные результаты сопоставлены с данными численного моделирования, что подтвердило адекватность разработанных моделей.

4. Разработана математическая модель и проведено численное исследование теплообмена в студочной зоне стекловаренной установки, оснащенной трубами Фильда, при различных вариантах их расположения и расходах нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей. Выбран шаг и высота расположения труб Фильда над зеркалом расплава, обеспечивающие минимальным температурным перепадом по толщине технологического продукта в студочной зоне стекловаренной установки.

5. Выполнена обработка результатов численных экспериментов и установлены интерполяционные зависимости, позволяющие по производительности стекловаренной установки и расходу нагреваемого теплоносителя определить длину участка охлаждения расплава в студочной зоне до требуемой температуры, а так же среднюю температуру нагреваемого теплоносителя на выходе труб Фильда. Получена диаграмма, с помощью которой по производительности стекловаренной установки можно определить рациональные режимы работы 5 метровой студочной зоны.

6. Исследованы энергосберегающие схемы утилизации тепловых отходов стекловаренной установки и показана целесообразность использования тепловой энергии излучения расплава студочной зоны и теплоты отходящих газов для подогрева воздуха горения и исходного материала (шихты).

20 !/ ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Хоанг Х.Х., Сергиевский ЭЛ., Глазов B.C. Исследование теплообмена и геометрических характеристик труб Фильда рекуператора стекловаренной печи// Вестник МЭИ. 2010 - № 1 - с. 13 -18.

2. Хоанг Х.Х.. Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Сравнительный анализ различных типов теплообменников // 15-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М., 2009. - т. 2. - с.400-401.

3. Хоанг Х.Х.. Белова H.A., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Моделирование комбинированного теплообмена в рекуператоре с трубками Фильда // 15-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика-. Тез. докл. -М., 2009. т. 2.- с.400. '

4. Хоанг X. X.. Белова H.A., Чьен В.В., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Модель лучистого охлаждения стекломассы в студочной камере с трубками Фильда. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2.

5. Белова H.A., Хоанг Х.Х.. Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Разработка математической модели теплообмена в трубке Фильда с пористым материалом. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2.

6. Арбатский A.A., Хоанг Х.Х.. Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Исследование теплопередачи в двухканальном теплообменнике с луночными интенсификаторами. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2.

7. Hoäng Khäc Höing. Vü Vän Chien , Sergievsky E.D., Glazov V.S. Nghien cuu vä mö phöng bäi toän trao doi nhiet trong khe h?p bäng phuong phäp so. Tap chi Khoa hoc& Cong nghe Nhiet (ISSN 0868 - 3336. Thermal science technology review) 2010- №91*1/2010*(23-25).

Подписано в печатьДо/^ак. -Ш Тир. /С& П.л. /,Лд

Полиграфический центр МЭИ (ТУ)

Красноказарменная ул., д. 13

Введение

Глава 1 Анализ состояния вопроса и постановка задачи

1.1 Анализ энергетической эффективности технологий на объ- 10 ектах по выработке стекла

1.2. Способы повышения энергетической эффективности рабо- 12 ты систем по выработке стекла.

1.3. Анализ мероприятий повышения интенсификации тепло- 24 обмена, применяющихся для глубокой регенерации отходящей теплоты.

1.4 Вывод по главе

Глава 2 Выбор инструмента математического моделирования и 26 его использования в задачах сложного теплообмена

2.1 Особенности математической постановки задачи

2.2 Расчет двухканального пластинчатого теплообменника

2.3 Исследование теплообмена в трубе Фильда в поле излуче- 41 ния высокотемпературного газа

2.4 Вывод по главе

Глава 3 Экспериментальное и вычислительное исследования гидродинамических характеристик установки с трубой Фильда

3.1 Постановка задачи

3.2 Описание экспериментальной установки

3.3 Результаты экспериментов

3.4 Обработка и анализ полученных результатов

3.5 Вывод по главе

Глава 4 Модель охлаждения стекломассы в студочной зоне, оснащенной трубами Фильда

4.1. Объект, математическая модель и её программная реализа- 88 ция

4.2. Представление и анализ результатов.

4.3. Вывод по главе

Глава 5 Использование труб Фильда в энергосберегающей схеме стекловаренной установки для утилизации теплоты расплава студочной зоны.

5.1 Энергосберегающие схемы для стекловаренной установки

5.2 Тепловой баланс стекловаренной печи

5.3 Расчет теплового баланса при использовании схемы В

5.4 Расчет теплового баланса при использовании схемы В

5.5 Расчет теплового баланса при использовании схемы ВЗ

5.6 Сопоставление энергосберегающих схем и оценка эффек- 122 тивности их использования в стекловаренной установке

Согласно экономической стратегии в России на период до 2030 г., внутренний спрос на топливно-энергетические ресурсы к 2030 г. вырастет в 1,6-1,7 раза по отношению к уровню 2005 г., в том числе потребление природного газа увеличится в 1,4-1,5 раза.[1]

По прогнозам в России цена природного газа на внутреннем либерализованном рынке может увеличиться по сравнению с уровнем 2005 г. в 2-2,5 раза в 2020 г. и в 3-3,5 раза в 2030 г. (в сопоставимых ценах). [1]

Эффективность использования этого топлива в высокотемпературных установках (ВТУ) низка из-за значительных тепловых потерь во внешнюю среду через наружные ограждения (10-25 %) и с отходящими газами (до 70 %). При этом КПД агрегатов, использующих данный вид топлива, варьируется в интервале 15-30 %. [2]

Таким образом, актуальность задачи для плавильных процессов и установок в системах производства стекла, потребляющих природный газ, обусловлена значительными масштабами потребления природного газа, его растущей стоимостью и наличием существенного потенциала энергосбережения, т.е. разностью между действительным удельным расходом топлива и его теоретическим минимумом.

В настоящее время повышение эффективности использования топлива в ВТУ идет за счет уменьшения тепловых отходов и использования их теплового потенциала для данного или внешнего теплотехнологического процесса в энергосберегающих целях.

Анализ существующих энергосберегающих схем стекловаренных установок показал, что основным способом повышения энергетической эффективности их работы являются использование теплоты уходящих газов для подогрева воздуха горения.

Дополнительным энергетическим источником, позволяющим уменьшить затраты топлива на производство технологического продукта в стекловаренной установке, может быть теплота расплава стекломассы, рассеиваемая излучением в студочной зоне. Поскольку охлаждение технологического продукта происходит при температуре 1400-1200 °С в пространстве с более низкой температурой, имеет смысл использовать эту теплоту (в зависимости от её потенциала) для подогрева шихтовых материалов и/или окислителя. Для этого предлагается использовать трубы Фильда, которые, согласно литературным данным, являются эффективным средством передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Цель работы заключается в исследовании и совершенствовании элементов энергосберегающих схем утилизации тепловых отходов стекловаренной установки, на основе моделирования теплообмена в зоне охлаждения технологического продукта и теплообменном оборудовании, оснащенных трубами Фильда.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Выбрать инструмент моделирования и провести его тарировку на примере решения сопряженной задачи теплообмена для двухканального теплообменника с различными граничными условиями на его наружных поверхностях.

- Разработать двухмерную математическую модель сложного теплообмена в трубе Фильда, омываемой высокотемпературным газом. Сопоставить результаты расчета по ней с данными расчета по одномерной инженерной модели с распределенными параметрами и указать допустимую область применения последней, а так же определить влияние условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

- Выполнить экспериментальные исследования теплообмена в трубе Фильда, омываемой горячим теплоносителем в области умеренных температур, и сопоставить полученные результаты с данными численного моделирования для проверки адекватности разработанных моделей.

- Разработать математическую модель лучистого охлаждения стекломассы в студочиой камере, оснащенной трубами Фильда, и определить условия, при которых нагреваемый теплоноситель приобретает наибольшую температуру, при требуемой выходной температуре технологического продукта.

- Исследовать возможность использования труб Фильда в теплообмен-ном оборудовании и студочной зоне для подогрева окислителя и шихтовых материалов, в сравнении с существующей энергосберегающей схемой утилизации теплоты отходящих газов.

Научная новизна:

1. На основании математического моделирования установлено влияние условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

2. Экспериментально выявлена неравномерность распределения температуры в продольном и поперечном направлениях трубы Фильда. Получено хорошее совпадение экспериментальных данных с результатами численного моделирования теплообмена, выполненного в программном комплексе PHOENICS, в области умеренных температур.

3. Впервые, на основе современного вычислительного комплекса, проведено численное исследование лучистого охлаждения стекломассы в студочной зоне, оснащенной трубами Фильда, что позволило определить профили скоростей и температур в поперечных сечениях расплава, а также выявить рациональные режимы работы студки.

4. На основе разработанных математических моделей исследованы энергосберегающие схемы утилизации тепловых отходов стекловаренной установки и предложены решения, позволяющие существенно снизить расход топлива по сравнению со схемой использования теплоты отходящих газов для подогрева окислителя.

5. Показана, что наибольшим КПД обладает стекловаренная установка, в энергосберегающей схеме которой используются трубы Фильда для утилизации теплоты отходящих газов и энергии излучения расплава студоч-ной зоны с целью подогрева шихты и окислителя.

Достоверность. Приведенные в диссертационной работе данные и выводы базируются на использовании современных программ численных исследований (MathCAD, PHOENICS), методах проведения натурных исследований и их обработки, а так же на соответствии результатам исследований других авторов.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты (модели, эмпирические зависимости и графический материал) позволяют:

• расчетным путем установить соотношение проходных сечений каналов в трубе Фильда, находящейся в поле излучения высокотемпературного газа, при котором достигается наибольшая температура нагреваемого теплоносителя;

• выбрать рациональный режим работы студочной зоны, оснащенной трубами Фильда для утилизации энергии теплового излучения технологического продукта;

• существенно снизить расход топлива для получения единицы технологического продукта;

• определять энергетическую эффективность использования предложенных энергосберегающих решений.

Основные положения, выносимые на защиту;

• Математические модели и результаты расчетов сложного теплообмена в трубах Фильда, находящихся в поле излучения высокотемпературного теплоносителя;

• Результаты натурных и численных экспериментов по моделированию теплообмена в трубе Фильда, омываемой жидким теплоносителем в условиях умеренных температур;

• Интерполяционные зависимости и графический материал, полученные по результатам численного моделирования лучистого охлаждения расплава в студочной зоне (оснащенной трубами Фильда), позволяющие определить рациональные режимы её работы;

• Энергосберегающее решение, основанное на использовании труб Фильда для утилизации тепловой энергии излучения расплава студочной зоны и отходящих газов для подогрева воздуха горения и исходного материала (шихты).

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на 15 и 16-ой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика (Москва, 2009 г. и 2010 г.);

Публикации. Материалы, отражающие содержание диссертационной работы и полученные в ходе ее выполнения, представлены в 7 публикациях, в том числе в 1-ой статье в реферируемом журнале из перечня ВАК.

1. Хоанг Х.Х., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Исследование теплообмена и геометрических характеристик труб Фильда рекуператора стекловаренной печи// Вестник МЭИ. 2010 — № 1 — с. 13 - 18.

2. Хоанг Х.Х., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Сравнительный анализ различных типов теплообменников // 15-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М., 2009. - т. 2. - с.400-401.

3. Хоанг Х.Х., Белова Н.А., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Моделирование комбинированного теплообмена в рекуператоре с трубками Фильда // 15-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2009. т. 2.- с.400.

4. Хоанг X. X., Белова Н.А., Чьен В.В., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Модель лучистого охлаждения стекломассы в студочной камере с трубками фильда. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2.

5. Белова Н.А., Хоанг Х.Х., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Разработка математической модели теплообмена в трубке фильда с пористым материалом. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2.

6. Арбатский А.А., Хоанг Х.Х., Сергиевский Э.Д., Глазов B.C. Исследование теплопередачи в двухканальном теплообменнике с луночными интенсификаторами. // 16-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. -М., 2010. т. 2. г \

7. Hoang Khac Hoang, Vu Van Chien , Sergievsky E.D., Glazov V.S. Nghien cuu va mo phong bai toan trao doi nhiet trong khe hep bang phuong phap s6. Tap chi Khoa hoc& Cong nghe Nhiet (ISSN 0868 - 3336. Thermal science technology review) 2010- №91*l/2010*(23-25).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, список литературы включает 76 наименований.

5.7. Выводы по главе

1. Использовании в стекловаренной установке энергосберегающих схем В2 и ВЗ наблюдается более глубокая утилизация теплоты отходящих газов по сравнению со схемой В1. Температура уходящих газов в схеме В1 в 2,5 раз больше чем в схемах В2 и ВЗ, поэтому вклад последних схем в тепловое загрязнение окружающей среды не столь значительный по сравнению с 1-ой схемой.

2. использование комплексной схемы (ВЗ) в место схемы с воздушной регенерацией (В1) может обеспечить снижение расхода топлива на 20 % и повысить КПД на 7 %.

1. Выбран инструмент математического моделирования и проведена его тарировка на примере решения сопряженной задачи теплообмена для двухка-нального теплообменника с различными граничными условиями на его наружных поверхностях.

2. Разработана двумерная математическая модель сложного теплообмена в трубе Фильда, омываемой высокотемпературным газом. Сопоставлены результаты расчета по ней с данными расчета по одномерной модели с распределенными параметрами и указана допустимая область применения последней, а так же определены влияния условий теплообмена и геометрических характеристик трубы Фильда на выходные параметры нагреваемого (охлаждаемого) теплоносителя.

3. Проведены экспериментальные исследования теплообмена в трубе Фильда, омываемой горячим теплоносителем в области умеренных температур. Полученные результаты сопоставлены с данными численного моделирования, что подтвердило адекватность разработанных моделей.

4. Разработана математическая модель и проведено численное исследование теплообмена в студочной зоне стекловаренной установки, оснащенной трубами Фильда, при различных вариантах их расположения и расходах нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей. Выбран шаг и высота расположения труб Фильда над зеркалом расплава, обеспечивающие минимальным температурным перепадом по толщине технологического продукта в студочной зоне стекловаренной установки.

5. Выполнена обработка результатов численных экспериментов и установлены интерполяционные зависимости, позволяющие по производительности стекловаренной установки и расходу нагреваемого теплоносителя определить длину участка охлаждения расплава в студочной зоне до требуемой температуры, а так же среднюю температуру нагреваемого теплоносителя на выходе труб Фильда. Получена диаграмма, с помощью которой по производительности стекловаренной установки можно определить рациональные режимы работы 5 метровой студочной зоны.

6. Исследованы энергосберегающие схемы утилизации тепловых отходов стекловаренной установки и показана целесообразность использования тепловой энергии излучения расплава студочной зоны и теплоты отходящих газов для подогрева воздуха горения и исходного материала (шихты).

1.Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. М.: 2009. -144 с.

2. Данилов О. Л. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. -М.: МЭИ, 2004. 64 с.

3. Ross С. P. Tincher G. L. Glass Melting Technology: A Technical and Economy Assessment. A Project of Glass Manufacturing Industry Council, U.S. Department of Energy-Industrial Technologies Program, 2004. - 274 p.

4. Науменко A.B., Дейнеженко В.И., Гофман M.C. Энергосбережение и разработка высокоэффективного газоиспользующего оборудования// Журнал «Газовая промышленность», №1, 2005, С. 55-58.

5. С. Philip Ross Gabe L. Tincher. "Glass Melting Technology: A Technical and Economy Assessment" A Project of Glass Manufacturing Industry Council, U.S. Department of Energy-Industrial Technologies Program, 2004.

6. Крылов A.H. Повышение эффективности стекловаренных печей на основе комплексной регенерации тепловых отходов. Автореф. дисс. к.т.н.- М.: МЭИ, 2007.

7. Nosach V. G., Fuel Energy. Naukova Dumka, Kiev, 1989.

8. Высокотемпературные тепло- технологические процессы и установки. -М.: Энергоатомиздат, 1989.

9. Ruud G.C. Beerkenes and Hendrics P.H. Muysenberg, 1992, Comparative study on energy saving technologies for glass furnaces, Glastech. N~.8- P. 216-224.

10. Шопшин M. Ф., Новосельцев В. H., Тюрин А.И. и др. Химическая регенерация тепловых отходов топливных печей Обзорн. инф. Сер. «Энерготехнологические процессы в химической промышленности». М.: НИИТЭ-ХИМ, 1981.

11. Перелетов И. И., Новосельцев В. Н., Шопшин М. Ф. и др. К опытно-промышленным испытаниям стекловаренной печи с химической регенерацией тепла. В сб.: Тр. МЭИ. Энергетика высокотемпературной теплотехнологии, М., вып. 476, 1980, с. 26-32.

12. Новосельцев В.Н. К вопросу о химической регенерации тепла промышленных огнетехнических установок. Автореф. дисс. к.т.н.- М.:МЭИ, 1971.-20 с.

13. Шопшин М.Ф. Исследование реактора-теплообменника паровой конверсии природного газа в системе регенеративного тепло-использования топливных печей: Автореф. Дисс. к.т.н. М.:, МЭИ, 1979.

14. Nosach V. G. et al., A Method for Utilization of the Heat of Exhaust Gases of Furnaces. USSR Author Certificate No. 1013726, publ. 23.04.83, Bull. №. 15.

15. Васильева H. И. Моделирование тепломассообменных процессов в каналах тепло-технологических промышленных установок с учетом влияния внешних факторов. Автореф. дисс. к.т.н. М.: МЭИ, 2005. -20 с.

16. Б.П Тепенбков. Рекуператоры для промышленных печей. М.: Металлургия, 1975.

17. Егоров К.С. Повышение эффективности теплообменных аппаратов газотурбинных установок замкнутого цикла: Автореф. дисс. к.т.н. М.: МГТУ им. Баумана, 2007. - 20 с.

18. ОАО «Саратовстройстекло». Производство листового стекла флоат -способом. Учебное пособие, Саратов, 2008.

19. Троякин Ю.В. Проектирование и эксплуатация высокотемпературных технологических установок. М.: МЭИ, 2002.

20. Хмельницкий, P. 3. Стальные рекуператоры. Расчет и основы проектирования. М.: МЭИ, 1970 г.

21. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах.- М.: Машиностроение, 1972.

22. Фам Тхьен Хан. Оптимизация конструктивных параметров трубчатых рекуператоров с внутренними ребрами. Автореф. дисс. к.т.н.- М.:, МЭИД999. 24 с.

23. Yonguo Wu. Optimization of heat recovery in glass melting. Case western reserve university.USA.1994

24. Маскинская А.Ю. Повышение эффективности теплообменных аппаратов за счет интенсификации теплообмена на поверхности с лунками. Автореф. дисс. к.т.н. М.: МЭИ, 2004. 20 с.

25. Турбулентные сдвиговые течение 1. Пер.с. англ. Под. Ред. А.С. Гиневско-го. М.: Машиностроение, 1982.

26. Китайгородский И.И. Технология стекла. Том I, II. М.: Государственное издательство легкой промышленности, 1939.

27. Berrkens R. van der Schaff I. Advanced Heating Techniques for Glass Melting //Technische Universiteit Eindhoven.- Eindhoven, 5th March 2002. 43p.

28. Berrkens R., Muysendberg H. Comparative Study on Energy-Saving Technolo.

29. Левченко П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности.- М.: Высшая школа, 1968.

30. А.С. 932184 (СССР). Теплообменный элемент типа труба в трубе /. Чума-ченко А.Д, Гончаров Э.И. // Открытия, Изобретения. 1982. - Бюл. №20. - 94 с.

31. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. М.: «Мир», 1983.

32. Глазов B.C., Сергиевский Э.Д., Криницкий Е.В. Применение программного комплекса Phoenics 3.5 для задач промышленной теплоэнергетики. Иваново, 2005.

33. Сергиевский Э.Д., Хомченко Н.В., Овчинников Е.В. Расчет локальных параметров течения и теплообмена в каналах. М.: МЭИ, 2001.

34. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьиев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. -Санкт-Петербург, 2005.

35. Мотулевич В.П., Жубрин С.В. Числитенные методы расчета теплообмен-ного оборудования. М.: МЭИ, 1989.

36. Михеев М.А , Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.:Энергия, 1973.

37. Исаченко И.П. Теплопередача. -М.: Энергия, 1975.

38. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152с.

39. Сполдинг Д.Б. Конвективный массоперенос: Пер. с англ. Шульмана З.П. -М.: Л. Энергия, 1965.-384с.

40. Industrial Heat-Recovery Strategies. Pacific Gas and Electric Company. May 1997.

41. A.c. 422935 (СССР). Теплообменный элемент типа "труба в трубе" / Дун-цев Ю.Я., Михайлов В.М., Седов Ю.А. // Открытия, Изобретения, 1974. -Бюл. №13.-91 с.

42. Рабинович Л.Д. Расчет радиационно — конвективных рекуператоров. Инженерно физический журнал. Том X, № 2. Февраль 1966.

43. Багдасаров Ю.Е. Расчет теплоотвода в канале с трубой Фильда. Инженерно физический журнал. Том X, N2 4. Апрель 1966.

44. Иванов В.Л., К.С. Егоров. Газодинамический метод повышения тепловой эффективности трубы Фильда. // Труды III Российской Национальной конф. по теплообмену. Т.6. Интенсификация теплообмена. Радиационный и сложный теплообмен. М.: МЭИ, 2002. - 336 с.

45. Ерошенко В.М., Зайчик Л.И. Гидродинамика и теплообмен на проницаемых поверхностях. -М.: Наука, 1984. 275 с.

46. Поляев В.М., Майоров В.А., Васильев Л.Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратов. М: Машиностроение, 1988, 168 с.

47. Жукаускас A. JI. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.

48. Теплосчетчики «ВИС.Т». Руководство по эксплуатации. ВАУМ. 407312.114 РЭ1.- ЗАО НПО «Тепловизор», 2007.

49. Хаузен X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе. -М.: Энергоиздат, 1981.

50. Задачник по тепломассообмену / Ф.Ф. Цветков, З.В. Керимов, В.И. Величко. -М.: МЭИ, 1997-136 с.

51. Петухов Б.С., Тенин Л.Г., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. Учебное пособие для вузов. М., Атомиздат, 1974. 408 с.

52. К опытно-промышленным испытаниям стекловаренной печи с химической регенерацией тепла / И.И. Перелетов и др. // Энергетика высокотемпературной теплотехнологии сб. науч. трудов. М.:МЭИ, 1980. - № 476. - С. 26- 32.

53. Ключников А.Д., Иванцов Т.П. Теплопередача излучением в огнетехниче-ских установках (инженерные решения задач).- М.: «Энергия», 1970.

54. Попов С. К., Ипполитов В.А. Практикум по высокотемпературной тепло-технологии. Решение задач в среде MathCAD. -М.: МЭИ, 2006. 38 с.

55. Рафалович И.М. Теплопередача в растворах и в футеровке печей и аппаратов. М.: « Энергия», 1977.

56. Сергиевский Э.Д. Крылов А.Н. Математическая модель фильтруемой изоляции высокотемпературной печи при направленной подаче охладителя // Вестник МЭИ.-2006.-№5.-С. 115-120.

57. Попов С.К. Разработка и использование математических моделей туннельных печей. Стекло и керамика, 1995. № 3. - С. 16-17.

58. Попов С.К. Потенциал энергосбережения в стекловаренных печах // Промышленная энергетика, 2008. № 6. - С. 34-38.

59. Теплообмен излучением. Р. Зигель, Дж. Хауэлл.- М.: «Мир», 1975.

60. Оцисик М.Н. Сложный теплообмен. Под ред. Н.А. Анфимова. М.: «Мир», 1976.

61. Рекин А.Д. Дифференциальные уравнения для исследования лучистого теплообмена в поглощающе- изучающей среде // Инженерно — физический журнал. Том XIII, N- 4. Октябрь 1957 г.

62. Кумсков В.Т., Сидаров B.C. Исследование сложного теплообмена на начальном участке трубы// Инженерно физический журнал. Том XIII, № 4. Октябрь 1967 г.

63. Попов Ю.А. Об учете рассеяния в процессах лучистого теплообмена.// Инженерно физический журнал. Том XIII, № 4. Октябрь 1967 г.

64. Повышение эффективности работы стекловаренных печей / Колл. авт. — М.: Центральный институт научно-технической информации легкой промышленности, 1960.

65. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под общ. Ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1991. - Кн. 4. - С. 55.

66. Жубрин С.В., Сергиевский Э.Д., Хомченко Н.В. Методы расчета тепло-гидравлических характеристик в теплообменных установках. Учебное пособие. М.: МЭИ, 2006.

67. Сеничкин Б.К., Матвеева Г.Н. Тепловые расчеты нагревательных печей. 4.2: Учеб. пособие. Магниторогск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2004. 77 с.

68. MIF-2004 Электронный ресурс.: Статьи с Минского Международного форума по тепломассообмену. Секция №1, 0-01. Минск, 2004.- 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Загл. с титул, экрана.

69. Гунзбург Д.Б. Повышение эффективности работы стекловаренных печах. М.: Центральный институт научно- технической информации легкой промышленности, 1960.

70. Попов С.К., Шамшин JI.K., Голигорова Е.А. Повышение энергетической эффективности стекловаренных установок. 3-я Всероссийская науч.-техн. конференция студентов и аспирантов. Тез.докл. Магнитогорск, МГТУ, 2002.

71. Перелетов И.И., Бровкин JI.A., Розенгарт Ю.И., и др. Высокотемпературные тепло- технологические процессы и установки: Учеб. для вузов. Под ред. Ключникова. А.Д. М: Энергоатомиздат, 1989.76. http://www.engineeringtoolbox.com/air-properties-d 156.html