|
Актуальність теми: Найважливішою проблемою, що стоїть в даний час в області нагріву металу під прокатку перед наукою і технікою, є проблема економії енергоресурсів. На багатьох сучасних агрегатах при нагріванні металу під прокатку витрату умовного палива досягає 120кг у.т / т, що зумовлено, в тому числі і низьким r на рівні 0,1-0,3. Звідси випливає, що істотним резервом скорочення питомої витрати палива є зростання коефіцієнта рекупераціі.Расход палива при заданих параметрах нагріву (марка стали, теплофізичні величини, початкова та кінцева температура нагріву) визначається КІТ і втратами тепла. Для його мінімізації необхідно підвищувати КІТ і знижувати теплопотері.Отсюда випливає, що підвищення КІТ може бути досягнуто за рахунок: - Зниження температури відхідних з камери газів, може бути досягнуто за рахунок посилення тепловіддачі від газів до нагрівається матеріалами (підвищення світності факела і посилення конвективної тепловіддачі). - Підвищення коефіцієнта рекуперації (зростання теплообмінної поверхні і посилення теплопередачі) Фізична теплота повітря, газоподібного палива підвищує КІТ, так як вона отримана за рахунок охолодження димових газів перед викидом їх в атмосферу, тобто для нагріву компонентів горіння не витрачалася додаткова хімічна енергія палива. Цей спосіб підвищення КІТ отримав назву: утилізація теплоти відхідних газів в рекуператорах або регенераторах. Загальна теплова потужність печі залишається єдиним зовнішнім, первинним джерелом енергії для роботи печі (первинним енергоресурсом). Наукова значимість: У роботі запропоновано ряд підходів для підвищення точності розрахунків теплової роботи рекуператорів та обгрунтування вибору раціональної конструкції рекуператора при реконструкції або створення нових печей. Практична цінність результатів роботи: Робота значної частини нагрівальних печей вітчизняних підприємств характеризується низькими значеннями коефіцієнта рекуперації, що визначає високий рівень питомої витрати палива. Дана методика дозволяє проводити розрахунок будь-якого рекуператора під дану порожнину димоході печі і робити оцінку ефективності роботи теплообмінного агрегату Нагрівання металу перед прокаткою є дуже важливим етапом формування якості та ціни готової продукції. Процес нагріву металу вимагає значних матеріальних витрат. В даний час гостро стоїть проблема енергозберігаючих технологій нагріву металу перед прокаткою, так як ціни на енергоносії мають безперервну тенденцію зростання. Скорочення витрати палива на нагрів 1т металу в нагрівальних печах є основним показником, що впливає на собівартість готової продукції. ля аналізу ефективності теплової роботи нагрівальних печей прийнято використовувати величини коефіцієнта корисної дії, який представляє собою частку хімічної енергії палива, засвоєної нагрівається матеріалом, і коефіцієнта використання палива, що відповідає частці хімічної енергії палива, залишеної в робочій камері (ця енергія йде на нагрівання матеріалу і покриття тепловтрат робочої камери). Найчастіше використовують величину коефіцієнта використання палива. Існують наступні заходи для збільшення коефіцієнта використання палива: - Зниження температури відхідних з камери газів, яке може бути досягнуто за рахунок посилення тепловіддачі від газів до нагрівається матеріалами (підвищення світності факела і посилення конвективної тепловіддачі); - Підвищення коефіцієнта рекуперації, що представляє собою частку тепла продуктів згоряння, що залишають камеру печі, повернуту в неї з нагрітим в рекуператорі повітрям (досягається за рахунок зростання теплообмінної поверхні і посилення теплопередачі). Одним з найбільш потужних важелів підвищення величини коефіцієнта використання палива на сучасному етапі розвитку металургійної теплотехніки є зростання значення коефіцієнта рекуперації. Підігрів повітря реалізується за допомогою спеціальних теплообмінних апаратів рекуперативного або регенеративного типу. На практиці використовуються наступні увазі рекуператорів: керамічні, сталеві Гладкотрубние, голчасті, спіральні і т.д. Роботи з інтенсифікації процесу конвективного теплообміну та створення найбільш економічного технологічного теплообмінного обладнання призвели останнім часом до суттєвого удосконалення конструкцій теплообмінних апаратів для різних галузей промисловості. Роботи Б.П. Тебенькова, Д. Д. Калафате, В.А Смирнова та інших вчених у цій області показують, що будь-який теплообмінник має пік продуктивності по знімання тепла, значить існує такий оптимум при якому відношення коефіцієнта рекуперації тепла до витрат енергії на перекачування теплоносіїв має максимальне значення. Сьогодні актуальною є науково-технічна задача пошуку оптимальних конструктивних і технологічних параметрів існуючих та створюваних типів рекуператорів нагрівальних печей. Матеріалом для металевих рекуператорів служать хромонікеле-ші сталі типу Х18Н10Т, Х25Н20С2 з допустимою температурою диму перед рекуператором 1100-1200 ° С, або хромова сталь типу Х17 з допус-дання температурою диму не більше 1000 ° С. Товщина сталевий стінки S = 2-3 мм. Температура нагріву повітря (або газу) в існуючих рекупе-ратор не перевищує 400-500 ° С. Керамічні рекуператори виконують з карбошамотних або ша-матню восьмигранних трубок довжиною 300-350 мм, з товщиною стінки S = 10-12 мм, а також рідше з шамотних пустотілих блоків. У керамічних ре-куператорах нагрівають тільки повітря через їх негерметичності. Макси-мальна температура диму перед рекуператором 1250-1300 ° С, нагрітого повітря - 800-850 ° С. Більш висока температура повітря - єдина перевага керамічних рекуператорів, недоліками їх є: - Нещільні з'єднання трубок між собою, через які відбувається витік повітря, що змінюється в процесі служби і порушує нор-льний спалювання палива; - Великі габаритні розміри через високого теплового опору-ня керамічної стінки, у зв'язку з чим коефіцієнт теплопередачі в 4-5 разів менше, а поверхня теплообміну в стільки ж разів більше, ніж у металевого рекуператора. Для невеликих печей застосовують рекуператори типу «термоблок», що представляють собою пучок труб, залитих чавуном із зупиненим каналів між рядами труб. Через труби пропускають нагрівається повітря або газ, а через канали в чавуні, розташовувані перпендикулярно пучку труб, - димові гази. Недоліком термоблоків є їх велика відносна маса на одиницю переданого тепла. Теплова ефективність двосторонньо-голчастих труб значно вище, ніж односторонньо-голчастих, але вони менш теплотривкі і легше піддаються засмічення. Найбільш ефективно встановлювати голчасті рекуператори так, щоб димові гази проходили через труби у вертикальному напрямку, а самі рекуператори були легко доступні для огляду і ремонту. Обставини дослідження, що стосуються теплообміну та аеродинамічного опору голчастих поверхонь різного типу, були проведені А.К Скрябіним та А.В. Кузнєцовим. Результати досліджень часто мали суттєві розбіжності, тому Б. П. тебенько провів дослідження, метою яких було отримання теплової та аеродинамічній характеристик голчастих рекуператорні труб. Способи підвищення коефіцієнта рекуперації тепла: а) Вплив на потік турбулізующімі вставками. Цей спосіб багато в чому подібний зі способом впливу на потік робочого середовища гофрованої формою поверхні теплообміну. Відомі вставки, що перемішують потік рабою середовища в пристінній області (дискові вставки, вставки, що забезпечують закрутку потоку як на вході в канал, так і по всій довжині каналу). б) Збільшення площі поверхні теплообміну шляхом її оребріння (розвинені поверхні). в) Комбіновані способи інтенсифікації тепловіддачі. При використанні одночасно декількох способів інтенсифікації в ряді випадків досягається більше збільшення коефіцієнта тепловіддачі, ніж при використанні кожного способу роздільно. Приклад: труби з шорсткими стінками і з стрічковими завихрювачем потоку; труби труби з внутрішнім оребренням і зі вставками у вигляді стрічкового завихрювача; труби із зовнішнім оребренням, що піддаються впливу вібрації; застосування пульсацій. Запропонована методика для аналізу теплової ефективності роботи рекуператора, що дозволяє робити універсальну передпроектну опрацювання питання вибору рекуператора для реконструкції існуючого агрегату або створення нового за наступною схемою: - Задається обсяг порожнини для розміщення рекуператора; - Для аналізу береться кілька конструкцій рекуператорів (типових або концептуальних створюваних); на підставі питомої поверхні визначається гранична поверхня теплообміну кожної з конструкцій, яку можна розташувати в заданій порожнини; -Вибираються значення коефіцієнта теплопередачі для кожного з аналізованих рекуператорів з діапазону типових значень; можливий попередній розрахунок цих величин з урахуванням теплової продуктивності агрегату, до якого «приміряються рекуператори»; -За допомогою комплексу розроблених залежностей для динамічного розрахунку теплової роботи рекуператора попередньо визначаємо для кожної з аналізованих конструкцій значення коефіцієнта рекуперації, значення коефіцієнта використання палива і витрата палива для заданих параметрів нагрівання матеріалу; - Уточнюємо значення коефіцієнтів теплопередачі на основі попередньо прорахованого процесу рекуперації; - Остаточно розраховуємо параметри нагріву повітря в рекуператорі; - Використовуючи стандартні засоби економічного аналізу, порівнюємо між собою техніко-економічні характеристики використання кожного з типів рекуператорів. ВисновокРозроблено універсальну методику з визначення значення коефіцієнта рекуперації для довільних значень технологічних і конструктивних параметрів. Представлена схема її використання для обгрунтування доцільності конкретних дій по збільшенню значення коефіцієнта рекуперації. |