МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Харьковский политехнический институт»

Л. Л. Товажнянский, В. М. Кошельник,

В. В. Соловей, А. В. Кошельник

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ

ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ В СТЕКОЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Монография Под редакцией доктора технических наук В. М. Кошельника

Харьков НТУ «ХПИ» 2008

ББК 35.41:31.19

И73

УДК 666.1:66.012.2

Рецензенты:

А. Ф. Редько, д-р техн. наук, проф., Харьковский государственный инженерно-строительный университет;

Л. А. Брагина, д-р техн. наук, проф., Национальный технический университет «ХПИ»;

В. Е. Ведь, д-р техн. наук, проф., Национальный технический университет «ХПИ»

Авторы: Л. Л. Товажнянский, В. М. Кошельник, В. В. Соловей, А. В. Кошельник

И73 Интегрированные энергосберегающие теплотехнологии в стекольном производстве: Монография / Л. Л. Товажнянский, В. М. Кошельник и др.; Под ред. В. М. Кошельника. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. - 628 с. -На рус. яз.

ISBN 978-966-593-582-7

В монографии изложены научные основы, методология и результаты практического решения актуальных задач энергосбережения, выполненных авторами в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ применительно к теплотехнологии промышленного производства стекломассы в технологических промышленных комплексах на основе реакторов ванного типа.

Для научных и инженерно-технических работников, студентов.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ОБЩИЕ ПОДХОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ

1.1. Введение в высокотемпературную теплотехнологию

1.2. Особенности высокотемпературных теплотехнологических процессов

1.3. Теплотехническая классификация теплотехнологических процессов и установок

1.4. Классификация реакторов и источников энергии теплотехнологических установок

1.5. Тепловые схемы высокотемпературных теплотехнологических установок с топливным источником энергии

1.6. Элементы конструктивной схемы теплотехнологического реактора

1.7. Технологические особенности производства стекла

1.8. Тепловые и конструктивные схемы стекловаренных установок

Список литературы к главе 1

2. ИДЕАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ЭКСЕРГИЯ КОМПОНЕНТОВ

2.1.Эксергетический энергобаланс технологических процессов

2.2. Определение теоретического потенциала энергосбережения на основе введения понятия идеального технологического процесса

Список литературы к главе 2

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ И АГРЕГАТОВ СТЕКОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

3.1. Основы технологии производства стекломассы

3.2. Стадии процесса стекловарения

3.3. Конструкции и режимные параметры печей стекольного производства

3.4. Температурные режимы варки стекла в ванных печах

3.5. Тепловой баланс стекловаренных печей

3.6. Эксплуатация огнеупорных материалов в стекловаренных печах

3.7. Способы охлаждения ограждений варочного бассейна

3.7.1. Воздушное охлаждение

3.7.2. Водяное охлаждение

3.7.3. Испарительное охлаждение

Список литературы к главе 3

4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧАХ

4.1. Методика расчета параметров процесса горения топлива в стекловаренных печах

4.1.1. Определение влияния температуры нагрева воздуха на температуру горения топлива

4.2. Математическая модель лучистого теплообмена в рабочем пространстве ванной печи

4.2.1. Особенности лучистого теплообмена в ванной стекловаренной печи

4.2.2. Алгоритм расчета лучистого теплообмена в рабочей зоне печи

4.2.3. Реализация математической модели на ЭВМ

4.3. Разработка математической модели для расчета периода стойкости и теплового состояния стеновых огнеупоров варочного бассейна

4.3.1. Расчет теплопередачи через стеновой брус бассейна стекловаренной печи

4.3.2. Математическая модель для расчета периода стойкости стенового ограждения бассейна стекловаренной печи

4.4. Разработка математической модели для расчета температурного состояния ограждений стекловаренной печи

4.4.1. Постановка задачи и выбор метода исследования

4.4.2. Вывод расчетных зависимостей для определения температурного поля

4.4.3. Описание программы для моделирования теплового состояния кладки стен и многослойной изоляции

4.5. Разработка математической модели для расчета температурного состояния панелей СИО методом конечных элементов

4.5.1. Математическая модель температурного состояния охлаждаемой панели на основе метода конечных элементов

4.6. Математическая модель расчета регенеративного теплообменника стекловаренной печи

4.6.1. Разработка математической модели двухоборотного регенератора

Список литературы к главе 4

5. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕГРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. ВЕДЕНИЕ В ПИНЧ-ПРИНЦИПЫ

5.1. Общие положения

5.2. Структура и иерархия проектирования химико-технологических систем

5.2.1. Химико-технологическая схема как объект проектирования

5.2.2. Методика проектирования ресурсо- и энергосберегающих ХТС

5.3. Методологические подходы к применению пинч-анализа при разработке энергосберегающих мероприятий

5.3.1. Построение составных кривых технологических потоков и определение энергетических целей

5.3.2. Алгоритм табличной задачи

5.3.3. Системы потоков химико-технологических систем

5.3.4. Представление сети теплообменных аппаратов

5.3.5. Сбор и подготовка исходных данных. Точность данных

5.3.6. Выбор потоков

5.4. Методика выбора и размещения утилит при проектировании теплообменных систем

5.4.1. Рекомендации по выбору утилит

5.4.2. Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч

5.4.3. Проектирование теплообменных систем при наличии утилитных пинчей

5.4.4. Большая составная кривая

5.5. Использование БСК

5.6. Анализ работы топливных печей с помощью БСК

Список литературы к главе 5

6. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ

6.1. Применение системного подхода к решению задач энергосбережения в стекольном производстве

6.2. Расчетное исследование лучистого теплообмена в рабочем пространстве ванной стекловаренной печи

6.3. Разработка горелочного устройства для стекловаренной печи с регулируемой длиной факела

6.3.1. Особенности работы горелочных устройств ванных стекловаренных печей

6.3.2.Описание конструкции и принцип действия горелочного устройства с интенсификатором

6.3.3. Экспериментальное исследование тепловых режимов стекловаренной печи с модернизированными горелочными устройствами

6.4. Научно-техническое обоснование применения испарительного охлаждения для стекловаренных печей

6.4.1. Системный подход к обоснованию применения опыта испарительного охлаждения металлургических агрегатов для стекловаренных печей

6.4.2. Влияние испарительного охлаждения на тепловое состояние кладки варочного бассейна и величину расхода топлива

6.4.3. Результаты моделирования теплового состояния охлаждаемых панелей системы испарительного охлаждения стекловаренной печи

6.5. Опытно-промышленная стекловаренная печь с испарительным охлаждением варочного бассейна

6.5.1. Описание конструкции охлаждаемых элементов и системы испарительного охлаждения

6.5.2. Технологические особенности изготовления, монтажа и эксплуатации опытно-промышленной установки испарительного охлаждения

6.5.3. Методика и результаты экспериментальных исследований работы опытно-промышленной стекловаренной печи с СИО

6.6. Исследование теплообменных процессов в пластинчатых испарителях

6.6.1. Особенности развития процессов в вертикальных каналах пластинчатых испарителей

6.6.2. Разработка математической модели кипения жидкости в плоских каналах

6.6.3. Решение задачи методом анализа размерностей

6.6.4. Определение тепловых нагрузок и коэффициентов теплообмена в каналах при кипении жидкости

6.7. Оптимизация процессов воздушного охлаждения огнеупорной кладки варочных бассейнов стекловаренных печей

6.7.1. Охлаждение варочного бассейна как эффективный способ увеличения кампании печи

6.7.2. Влияние режимов охлаждения на стойкость стеновых огнеупоров

6.7.3. Постановка задачи определения параметров оптимального охлаждения стенового ограждения

бассейна стекловаренной печи

6.7.4. Методика численного решения задачи определения параметров оптимального охлаждения стенового огнеупора бассейна стекловаренной печи

6.7.5. Оптимизация режима и выбор конструктивных параметров соплового аппарата для дискретно-струйной системы воздушного охлаждения

6.7.6. Оптимизация режима и выбор конструктивных параметров соплового аппарата струйно-канальной системы воздушного охлаждения

6.7.7. Выбор оптимальных конструктивных параметров охлаждаемого стенового ограждения на основе удельных экономических показателей

Список литературы к главе 6

7. УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ

7.1. Использование рекуперативных теплообменников

7.2. Использование регенеративных теплообменников

7.2.1. Расчет процессов теплообмена в регенераторах стекловаренных печей

7.2.2. Аэродинамический расчет регенеративных теплообменников

7.2.3. Оценка эффективности работы системы регенерации тепла стекловаренных печей

7.3. Схемы утилизации теплоты дымовых газов для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии

7.4. Увеличение эффективности работы теплотехнологической системы «регенератор-стекловаренная печь»

7.4.1. Влияние изменения технологических параметров печи на тепловые режимы регенераторов

7.4.2. Моделирование работы регенераторов с различными типами насадок

7.4.3. Использованием методов математической статистики для оценки эффективности работы регенератора

Список литературы к главе 7

8. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ И ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

8.1. Термохимическая регенерация теплоты уходящих газов путем конверсии исходного топлива

8.2. Металлогидридная технология утилизации теплоты

8.3. Анализ работы технологических систем с комбинированной выработкой теплоты и электрической энергии

8.3.1. Интеграция паровой турбины

8.3.2. Интеграция газовой турбины

8.3.3. Интеграция теплового насоса

8.4. Перспективные направления энерготехнологического комбинирования на основе стекловаренных печей

Список литературы к главе 8