автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Исследование вентиляции на заводах стекольной промышленности

Л*

#

На правах рукогшся

ЗОРЯ ИРИНА ВАСИЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИЙ Нй ЗАВОДАХ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

00.23.03 - теплоспабгеннз. вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освечсниа

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических нацк

Ростов-на-Дону -- i995

Работа што/шеиа в Сибирской госэдарствешгай горпо-кгтэллдргг ческой акадешгн (СабГГШ '

Надчние руководители: доктор технических каик, профессор доктор технических наци, прос-сссор

Офицналышв оппонента: доктор технических наук, г.оцйнт Недаокрктсшга Е.Л. кандидат тсхцнчсских иади, доцент Василенко АЛ!,

Водндзе кродпрнатиа: Ноаовцзноцкаа ироизводствсииочишверче« Фирна "Кодцс" АО "Проноет" .(Новокриецкий стокалышй зааок)

Сандер ft.fi.} Иванов В.В.

Зацита состоятся' 1993 г. в 14 часов на зассд;

диссертационного совета К.063.М.02 Ростовской-ва-Дову государст; .ной акадошш строительства по адресц: -.3-14022, Ростса-ка-Дощь С; алнстичсссая, 162. ; • ■

С диссертацигй'"* коато сзпляси'.тьса в библиотеке Ростошюй-ши госцдарстшшой акадешш строитедьстга.

Автореферат разослан -ж.

I

х- УК

Зчеиый секретарь ' л х^7

диссерт&цнсиииго соввта сг" ^¿С^гъ^^Т С.л.йуаеш;» кандидат технических наук,

ЦОЦЙНГ

ОБДАЯ ШАКТЕРИСЕГхСЛ РАБОТЫ

МШУйМйХь ЛШМЗл Исследования кроцзссов воздухо-ойот находят все более шрокое прзкэнспяо з иккенервой практике н представляя? большой знтэрео пру проектировании и расчете макроклимата 2 цехах со значатольннкя тоПловидоле-

пвякя.

а

К согалевпв, тохнвчоскве условия а- пормз проектировзнвя всатздяцвп на заводах по производству стеклотары я сортового стекла во рззработанй, а простое доронесепво опнта оздоровле-пзя условий труда я рзкомапдацвй ао проектпроэанзо систем веатвляцзв пз' другах производств э стекольнсэ непрпменимо из-за сподвфзчасквх условна последнего.

Метода по утзлззащга теплоты от ■отгзговнх печой сте-лолхпого прсэзэодства по рэзработапи. Это прзводз? к порзпзо-пальясму рзсходу угля, гава, олектрозпергва.

В этой связи- ззозаакаот аеобходакоэть йо?яаексяого # несло доеэ пая вопросов по улучленив условий труда на' рабочих кастах, внедрения ресуроосберегакяах тэхнологвй, пспользова-пве зторзчних овергореоурсо» (БЭР)" па заводах но производству стэклотзря я сортового 0Т0ЙЛЗ.

Пелт» габоун. На основа кэтбттачасяого еналяза п' метода фззвческого кбделзрованпя зсояодовать ярсцосеы аэрацвв на ■ .

'предприятиях стекольной яроьззиеяяостз, • взучзть'обдве законо-коряоста'процессов расцроделопая таппоратур в рабочей -зоне, выявить в проанализировать основипэ фактора,-. влпяещзо на 'ото распределение. Рассмотреть вопроси утвлпзгдва ВЗР 'оеяговнх ночей стекольного производства. На бзгэ тоорэтдчеоквх п эксперимента льнах исследований дать рекоковдагив по расчету в

проектированию систем вентиляции на заводах данной отрасли.

Научная новизна, разработана, математически обоснована и создана Физическая модель многопролетного цеха по производству стеклотары.

Построены температурные поля и изотермы для рабочих зон

цеха.

Проведены исследования по влиянию плошадей аэрационных проемов на температуры рабочей зоны.

Определены коэффициенты температурораспределения для заводов по производству стеклотары и сортового сте::ла.

Практическая ценность работы. В результате расчетно-тео-ретических и экспериментальных исследований даны рекомендации по расчету и проектированию систем вентиляции на заводах по производству тарного и сортового стекла. Для этих произведет определены коэффициенты теипературораспредедения. что позволило значительно упростить расчет воздухообмена с достаточной для икхенерпой практики точностью.

Построены графики, зависимостей температур внутреннего воздуха от высоты цеха, что дает возможность оптимизировать'выбор высоты цеха и конструкции потолочных перекрытий.

Разработана схема использования ЮР отаигових печей для охлаждения Формовочных малин.''

Составлена вычислительная программа расчета струйных теплообменников на базе бесфитильных тепловых труб.

Реализация. -Рекомендации по проектированию систем' аэрации и схем утилизации БЭР отжиговых печей использованы при реконструкции Н^вокузнецкого стекольного завода, а-также переданы о гпи "Гипростекло". Результаты исследований могут быть использованы в проектных организациях при проектировании систем вен-

тиляшш стекольных производств.

Достоверность результатов обеспечивается математическим обоснованием Физической модели, проведением планирования эксперимента, поверкой измерительной техники и приборов, статистической обработкой погрешности эксперимента, сопоставлением с результатами натурных испытании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции "Экологические проблемы крупного промышленного центра" (г. Новокузнецк. 1995), на общероссийских научно-технических конференциях "Охрана природы, гидротехническое строительство, штекерное оборудование" (г. Новосибирск, 1992, 1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ.

Структура и. об^ен работ Основное содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения. 4 глав, выводов, списка исполозованной литературы (75 наименований, из которых 4 - иностранные), 11 приложений. 20 рисунков и 3 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В начале работа сделан анализ литературных данных по воп-росан аэрации горячих цехов различных производств, отмечены ¡ix преимущества и недостатки, описана технология изготовления тарного и сортового стекла, выбран и обоснован метод физического моделирования.

На этой основе разработана, математически обоснована и описана Физическая модель многопролетного цеха по производству

стеклотары. Строительные конструкции модели цеха выполнены из плит дреЕесно-волокнистых толщиной 4 мы. Одна стена изготовлена из оконного отекяа толщиной 3 .та. Праточшэ и Еытяглив проемы оснащены открывающимися фрамугами ( рио. I ). Для Еоспро-изЕедения тепловыделений внутри модели установлены металлические полые фигуры, в которых размещены электрические нагревателя различной номинальной мощности. Регулирование тепловой мощаости осуществлялось с помощью реостатоЕ и автотрансформаторов.

Произведены замеры температур как в рабоче? зоне, так й по всей высоте здания через каздай мэтр натуральной высоты при помощи потенциометра ПП-63 в ыэдь-конотантановых термопар. Кроме того, йалз замерены температуры л скорости воздуха в приточных в вытяаных проемах термоанемометром ЭА-2М^

Во время эксперимента контролировалась температура воз- ' духа, окрукащего модель и тешювцдздения нагревателей. Измерение параметров воздуха выполнялось при установившихся тепловом и аэродинамическом региш, :которш ^оценивались постоянством параметров по времени. : .

Каждому чаолешоау значению температуры"в рабочей зоне' соответствует вполне определенное соотношине количества приточного воздуха, тешитевх струй вциркуляционных потоков. Изменение этого соотеопонвя путем варьирования одного из таких факторов как площадь аэрациошнас проемов, высота здания в компановка тепловыделяющего оборудования ыожет оказать влияние нр температуру в рабочей зоне.

Изменения в компановке тепловыделяющего оборудования произвести невозможно из-за жесткой технологии по производству стеклотары. Что касается'вопроса об изменении еысоты цеха, то

Модель трзхпролётного цеха по производству тарного стекла

Рис. I

в результате проведенного анализа было доказано, что с увеличением высоты цеха температура в рабочей зоне понижается, но очень незначительно.

Исходя из Ешюсказавного вторая серия экспериментов проводилась при измененных площадях аэрационных проемов. Площади е тяжиих фонарей уменьшались от 100% до 50$ с интервалом в Ъ% (за 100^ - принималась расчетная площадь вытяжных проемов). На рве. 2 показано, что уменьшение площадей болао чем на 20? приводит увеличению скорости воздуха в рабочей зоне по сравнению с нормативной, а уманьионие менее чем на 20^ не позволяет достичь в рабочей зоне нормируемую температуру. Следовательно, вторая серия экспериментов проводилась при площадях вытяжных проемов, уменьшенных на ¿0$. При атом швдадь приточных проемов.увеличивали е Б раз:

в = ^0,5/(^-0,5)* <1,5. , где ГЛ. -г процент оставшейся площади вытяжных проемов.

Достоверность и точность получении; экспериментальных данных оценивалась при помоада методов теории вероятностей в математической статистики.

По полученным данным бита постровни графики зависимостей

температуры от .высоты цеха как для варианта о расчетной площадью азрационных проемов, так в для варианта с измененной площадью. Графики характерных точек приведены па рас. 3.

Были определены значения коэффициентов температурораспре-деления для заводов по производству стеклотары. Результаты вынесены в таблицу I. Ранее такие данные отсутствовали. Используя полученные в данной работе значения коэффициентов по каждому пролету, нормативную , можно определить и

Выбор процента изменения площади витяжних проомов

0,5 м/с , tmas« Р7 '0 ,

tfrw- 0,2 м/с f tmlrt° 16 'С ,

Рис. 2

■ . - 10 -

Графики зависимостей, температуры от высоты цеха

■ ' б)

гп

л

^•аРчсЯ!* * ' ¿У9 «г.» <43 едА» «1,«%»

«в

бЗГ

№

в)

|0

2» да

а - для точки 21 б - для точки 7; в - для точки 27; г - для'точки 29. I - при расчётных площадях аэрациошшх проёмов; 2 -при изменённых площадях Рис. 3

Значений коэффициентов "п" для заводов по пропзоодству стеклотари

Табл.!

ни --уд зяжад ш^цлдтатгтаяыи» 3 п Ш 3 п

точек при расчетных при H3Ü0- точек при расчетннх при изме-

цслозиах ненкнх исловиах условиях ненных исловиах

i 0,312 0,228 23 0,371 0.271

2 0,238 0,18? 2Q 0,247 0,100

3 0,345 0,252 2? 0,285 0,225

л 0,230 0,168 28 0,213 0,153

3 0,281 0,205 . 29 0,208 0,104

3 0,312 0,228 30 0,200 0,130

7 0,392 .0,308 31 0,317 0,231

3 0,318 0,232 32 0,363 0,265

9 0,293 0,214 33 0,275 0,201 '

10. 0,131 0,100 34 . 0,245 0,179

11 0,220 0,168 35 0,209 0,189

12 0,304 0,222 35 0,295 0,215

13 0,203 0,143 3? • 0,238 0,173

14 0,101 0,074 '30 0,234 0,185

15 0,290 0,212 39 0,233 0,170

13 0,283 0,207 40 0,275 0,201

1? 0,331 0,242 ■ 41 • •0,159 0,116

18 . 0,262 0,191 42 ' 0,188 0,136

19 0,327 0,239 43 0,200 0,150

20 0.123 0,030 44 0,285 0,208

21 0,090 0,05-3 45 •0,278 • 0,201

22 0,218 0,159 46 0,206 0,150

23 0,362 0,26.4 47 ■ 0,157 0,115

24 0,318 0,231 43 0,203 .0,148

Расчетние условна: I пролет пхсР =0,230;

II пролет т., =0,333;

III пролет п\„=0,232: Измененные условия; I пролет mtf,=0,214;

II пролет mt<>=0,245:

III пролет т.,„=0,169;

=0,204 ггц, =0,249 т;, =0,203 =0,149 т'„ =0,185 тс,=М48

по ней - расчетный воздухообмен для каждого пролета.

Для получения наглядной картины распределения температур на рабочих местах в цехе по результатам .эксперимента быдч построены изотермы для рабочих зон при расчетных и измененных плопадях аэраиионнык проемов (рис. 4). Из приведенных изотерм видно, что наиболее высокие температуры в рабочих зонах наблюдаются в средней пролете цеха. Кроне того, с наветренной стороны цеха, тан, где отлшговые печи близко ... расположены к наружной стене (приточным проемам) и стекловаренная печь икает больоу» мощность, линии изотерм имеют резко изменяющуюся Форму. Это наблюдается только при расчетных плоаадяк аэраци-оп1шх проемов. при варьировании этик площадей линии изотерм сглаживаются.

Построенные температурные поля показывают, что при изменении плошали азраиионных проемов не только уменьшаются тем-' пературы б рабочих зонах, но и сглаживаются температурные перепады по всему цеху (рис. 5, б, 7). При расчетных плошадях

а при.измененных - 1.22.

,. В работе/рассмотрены .сяпесфвшвие технологические схемы работы отжнговых печей и Формовочных нашш, Сделан параметрический анализ теплового баланса отгиговой печи. Показано, что более 20/.-всего приходного тепла выбрасывается местным отсосом в окружающую среду. Разработана и оптимизирована схема по использовании ВЭР отжиговых печей для охлаждения форм Формовочных машин, составлена компьютерная программа длй конструктивного расчета теплообменника, установленного на воздуховоде местного отсоса печи и предложена схема использования БЭР для технологических нукд (рис. а).

Далее в работе на основе анализа проведенных исследова-

'асположв-¡ие линий ¡эотерм по ¡абочим зо-!ам цеха ю произ-зодству 1токлота-

ЗЦ

&/ ГЛ1

т

/~Ч. N

' ~ » 1

б)

1-4

а - расчётные условия; б- изменённые условия Рис. ц

Температурные поля на нулевом уровне от пола

а)'

б)

а - при расчётных площадях аэрационных проёмов б - при изменённых площадях аэрационных проёмов Рис. 5

Температурные поля на высоте Т м от пола

а -б -

при расчётных площадях аэрационных проёмов при изменённых площадях аэрационных проёмов Рис. 6

Температурные поля на высоте 2 м от пола

б - прв изменённых плоеадях■аэрационних проёмов J . Рис. 7

Схема утилизации ВЭР от огзиговых печей стекольного производства

м

■ ± 2 С?

Т - муфель;-2 - завалочная камера; 3 - конвеер; 4 - вентилятор; 5 - воздуховоды местного отсоса; 6 - забор воздуха из цеха ;. 7-■?-теплообменник; Я - воздуховоды нагретого воздуха; 9 - вентилятор на подачу" воздуха з форсунки; ТО ~ форсунки.

Рис. 8

ний разработана в предложена методика проектирования и расчета пехов по производству отеклотары и сортового стекла. Согласно отой методики предлагается:

1. Проектировать азрациошше проеш для среднего Пролэта рекомендуется в торцовых отенах цеха. Это возмояно в тех случаях, когда данные проемы не мешают технологическое

• процессу, в чаотноотв, подвозу е загрузке стеклобоя в ванную печь.

2. В дополнение к естественному воздухообмену в средний пролег цеха устраивать механический приток. Однако установка души-ругацих патрубков на рабочих местах возле формовочных ьшиин

в подача Еоздуха механическим притоком сгязаны с возможностью попадания струй Еоздуха на формы, что мокет привести к браку изделий. Поэтому устройство механического притока в ореднвй пролет возможно только по согласованию с технологами на высоте не менее 2 ы от полз.

3. Интенсификация работы системы аграции является средством сравнительно проотым, эффективным в не требующим больших затрат. Как показали опыты, при уменьшении площади вытяеных проемов на 2С$ по сравнению с расчетной площадью и увеличением площади приточных отверстий в 1,5 раза, температура Еоздуха в рабочей зоне Ецдеряавает нормативные значения.

Расчет аэрации многопролетного цеха по производству стеклотары и сортовой посуды рекомендуется выполнять по следующей методике:

а) Определяется температура удаляемого воздуха для каждого пролета по найденным коэффициентам темперагурораспределения

т.ср . -

- для крайних пролетов пр = и ( у ®

. - для среднего пролета Ь„? 3 1 п^сР = /

где "ЬР5 - температуры воздуха в рабочих зонах

крайних пролетов,

- "Ьр-5 - температуры в рабочих зонах пролетов берутся из нормативной литературы.

б) Определяются расходы аэрационного воздуха, удаляемого из крайних пролетов

Г - • 0.9,

"1 -1 '-•и

е) Определяется расход воздуха для среднего пролета Г - 3,6 • йа

а ^ух 1-пр.ср. *

г) Находится располагаемое теплоЕое давление 'в' кавдом пролете

д) Площади вытяжных аэрациопных проемов'рассчитываются для каздого пролета при ¿»р^3 0,5» дрт ,

- г

' л

а»т Ар,

о) Площади приточных проемов определяются для Есего' много-пролотного здания

с

С - (^И^ПГП ИгыТЗ *(>Т1,т.ь л) Далее производится перерасчет площадей аэрационвня проемов

Г' = 5•Р

1 ПР '> 1 ПР

з) Расчет для холодного периода.года сводится к определении высоты расподоЕония приточных проемов. Рекомендуется принимать \г = 0,5* Н Ц0ха. по не нваа 4 м от уровня полаг Расчет приточных и вытяжных отверстий аналогичен расчету для теплого периода года. . ,

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана, катератически обоснована в создана фззичес-. кая модель [.шогопролотаого .цеха по производству стеклотары .и сортового стекла.

2. Проводены экспериментальные исследования е по их результатам построены температурные поля и изоторш для рабочих зон при различных площадях аэрашонных проемов.

3. Показано, что сниЕЭшт гошературы в рабочей зона ыолшо получить за очэт иитенсифякациз работы системы аэрации» что дает возможность юпырш заграташг поддерживать нормативную температуру в рабочем пространстве цэха.

4. Предложена методика проектирования и расчета систем"аэрации на заЕодах стекольного производства. .

5. Впервыа подучены ков^фацзенты тоипэратурораспредвлзния для заводов по производству сортового и тарного стекла, — Использование) зтпг коеффпцзантов сущоственно упрощает процедуру расчета воздухообмена 6 достаточно точным дня инженерной практика результатом.

6. Представлены графики зависимостей температур от высоты цеха, которка могут быть использованы для болеа точного расчета высота цеха и конструкций потолочных перекрытий. Ранее такие данныэ отсутствовали.

Разработана программа расчета струйного теплообменника на базе бесфитильных тепловых труб для утилизации теплоты отяиговых печей. ■

Предложена схема утилизации ВЭР от отниговых печей и использование утилизированной теплоты для технологических нузд.

а

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Зоря И.В. Вопросы вентиляции п утилизации ВЭР на заводах стекольной промышленности. / Материалы Всесоизн. конф. Охрана природы, гидротехническое' строительство, инаонорноа оборудование. - Новосибирск, 1992. - о. 60.

2. Зоря И.В. Разработка модели трзхпролэтного здания стекольного завода. / Мэтаряалн Вооооюся. конф. Охрана природы, гидротехническое строительство, ишхенорзоэ оборудование. -Новосибирск, 1993. - с. 98. • .

3. Зоря И.В. Анализ использования ВЭР на заводах стекольной промшлепноста. / Каторвалк мэздупар. конф. Зкологическкэ проблемы крупного проглишенаого центра, - Новокузнецк,

• 1995. - с. I6S.

4. Зоря И.В. Примвневиа босфзтяльянх тейдовых труб в стекольном производство. / Материалы каядунар. г?опф. Экологачеокзе проблемы крупного проктлеттого центра. - Нозокузнопк, 1995. - с. 166.

5.' Свндор A.A.,' Зорят И.В. Моделирование цеха яо производству тарного стекла. / Изэ. вузов. Черная металлургия. 1995.

Я 4. - О. 78.

6. Зоря И.В. Использована© ВЭР отяиговых почей в стекольном . производство. / Изв. вузов. Архитектура.1995. Ш 9. ~ с.82. "

8.

Основяие обозначения; , 0, - тепловой поток, Вт; "Ь - тем пора тура, °С; - кассовый расход воз духа, кг/с; др - потери давления, Па; - коэффициент расхода; Г - площадь, ^р - плотность, кг/¡Р; т - коэффициент тешературораспре-деленвя; Ц - высота, ы.

Индекс??: в - внутренний; ух - уходящий; пр - приточный; р.з. - рабочая зона; ор - среднее; в - нарушай; я - явное; а - аэрация; выт - вытяжное.

Множительный центр СибГГМА, 90 экз.