авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение энергоэффективности использования технологического пара на основе разработки новых конденсатоотводчиков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Косов Андрей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРА НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ

НОВЫХ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ

Специальность: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Печенегов Юрий Яковлевич
Официальные оппоненты: Ведущая организация: Кудинов Анатолий Александрович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Тепловые электрические станции» Тверской Алексей Константинович, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по научной работе ООО «Научно-производственная фирма «Русь», г. Саратов ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Защита состоится « 28 » мая 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат разослан « » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор Ларин Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с переходом к рыночным отношениям с 90-х годов прошлого столетия, в нашей стране произошли коренные изменения в отношениях к проблеме энергосбережения на всех уровнях хозяйственной деятельности. В настоящее время проблема энергосбережения является одной из приоритетных государственных задач, от решения которой во многом зависит успех экономического развития и подъема промышленности на основе инноваций, использования новых технологий и оборудования.

В промышленных технологиях в качестве греющего теплоносителя широко используется водяной пар. Вторичным энергоресурсом при этом является конденсат пара. Конденсат из пароиспользующих аппаратов удаляется через устанавливаемые за ними конденсатоотводчики, препятствующие проходу несконденсировавшегося (пролетного) пара и работающие в автоматическом режиме. Решение задач энергосбережения и совершенствования пароконденсатного хозяйства предприятий в значительной степени зависит от характеристик используемых конденсатоотводчиков.



Отечественной промышленностью конденсатоотводчики освоены недостаточно и эффективность их использования на практике пока невысока. Ни один из используемых в настоящее время типов конденсатоотводчиков, различающихся по принципу действия и по конструкции, не удовлетворяет полностью предъявляемым к ним требованиям. На многих предприятиях конденсатоотводчики часто демонтируются по причине их ненадежной работы и в этом случае из теплообменных аппаратов вместе с конденсатом выходит в больших количествах пролетный пар. Чаще всего на предприятиях применяют открытые системы сбора конденсата, в которых пролетный пар выпускается в атмосферу и его потери оцениваются в среднем по стране величиной 25% количества потребляемого пара.

Хотя мировая история использования конденсатоотводчиков насчитывает более 100 лет, но до настоящего времени не создано достаточно полной теоретической основы их работы, что обусловлено сложностью протекающих в них гидродинамических и неравновесных термодинамических процессов. Отсюда вытекает важность и актуальность решаемых в диссертации задач.

Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности использования технологического пара на основе разработки новых конденсатоотводчиков с улучшенными характеристиками.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

  1. разработка нового эффективного двухкамерного конденсатоотводчика с закрытым поплавком и инверсным клапанным узлом;
  2. разработка новых эффективных конденсатоотводчиков поплавкового типа с разгруженными от действия давления клапанными узлами;
  3. разработка нового эффективного конденсатоотводчика с дросселирующим элементом и аккумулирующим объемом;
  4. экспериментальное исследование гидравлических характеристик нового конденсатоотводчика с дросселирующим элементом в виде набора шайб;
  5. экспериментальное исследование пропускной способности инверсного клапанного узла;
  6. разработка математических моделей и создание на их основе методик расчета предложенных новых конденсатоотводчиков;
  7. промышленные испытания новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами и поплавкового типа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. получены новые экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению дросселирующих элементов и инверсных клапанных узлов конденсатоотводчиков при истечении недогретой и самовскипающей жидкости;
  2. построены математические модели новых конденсатоотводчиков, включающие в себя связи между кинематическими параметрами изучаемых объектов, теоретические и новые, полученные автором, эмпирические соотношения для характеристик течения одно-и двухфазных (пар-жидкость) потоков в клапанных узлах;
  3. разработаны методики и алгоритмы машинного расчета предложенных новых эффективных конденсатоотводчиков;
  4. решена задача определения оптимальных конструктивных характеристик открытых снизу поплавков.

Практическая значимость работы заключается в создании новых конденсатоотводчиков (патенты № 111608 и № 2441182, решения о выдаче патентов по заявкам на изобретения № 2010145555/06, № 2011117470/06), отличающихся простотой конструкции, изготовления и эксплуатации, высокой функциональной эффективностью в широких интервалах изменения давления и расхода пропускаемого конденсата. Предложенные и исследованные конденсатоотводчики по показателю эффективности и своим технико-экономическим характеристикам превосходят имеющиеся аналоги. Они внедрены на многих промышленных предприятиях, где практически полностью исключили выход пролетного пара из паропотребляющего оборудования, за которым они установлены. В диссертации выполнен анализ экономической эффективности использования вторичного пара, образующегося из удаляемого конденсата, по внутренней схеме утилизации за счет сжатия пара. Даны рекомендации и предложены способы повышения эффективности использования водяного пара в некоторых отраслях промышленности.

Полученные в работе результаты могут быть использованы на предприятиях и объектах, где в качестве греющего теплоносителя используется глухой водяной пар. Помимо этого, исследованные конструкции конденсатоотводчиков найдут применение в качестве простых и эффективных фазоразделяющих устройств в целом ряде промышленных технологий и, в частности, при подготовке и переработке на промыслах углеводородных газов, в ректификационных установках химической, пищевой и других отраслей промышленности.

Результаты исследования используются в Саратовском ГТУ имени Гагарина Ю.А. при чтении учебных дисциплин «Теоретические основы энерго-и ресурсосбережения в химической технологии» и «Способы и средства энерго-и ресурсосбережения в химической промышленности» для студентов 4-го и 5-го курсов специальности МАХП, организации научно-исследовательской работы аспирантов и студентов, в дипломном проектировании.

На защиту выносятся:

  • разработанные конструкции новых конденсатоотводчиков (патенты № 111608, № 2441182 и решения о выдаче патентов по заявкам на изобретения № 2010145555/06, № 2011117470/06) с дросселирующим элементом и аккумулирующим объемом, и поплавкового типа;
  • результаты экспериментального исследования гидравлических характеристик нового конденсатоотводчика с дросселирующим элементом в виде набора шайб при истечении охлажденного и самоиспаряющегося конденсата;
  • результаты экспериментального исследования пропускной способности инверсного клапанного узла при истечении охлажденного и самоиспаряющегося конденсата;
  • математические модели и методики расчета новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами в виде слоя твердых частиц и набора шайб, с закрытым и открытым сверху или снизу поплавками и инверсным клапанным узлом, а также с уравновешенным клапанным узлом;
  • результаты расчетного анализа характеристик новых конденсатоотводчиков;
  • результаты промышленных испытаний новых конденсатоотводчиков с дросселирующими элементами и поплавкового типа;
  • результаты сравнительного технико-экономического анализа предложенных новых конденсатоотводчиков и известных аналогов;
  • рекомендации по повышению эффективности использования водяного пара в отраслях промышленности, по использованию вторичного пара путем его сжатия струйным или винтовым компрессорами.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием фундаментальных закономерностей механики, технической термодинамики и теплопередачи. Разработанные математические модели и методики расчета прошли проверку на адекватность путем сравнения результатов расчетов с опытными данными других авторов и с данными, получеными путем прямых измерений на изготовленных в натуральную величину образцах конденсатоотводчиков, установленных за действующим пароиспользующим промышленным оборудованием.

Апробация работы.Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: Третьей Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, апрель 2001); Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в теплоэнергетических системах» (Вологда, апрель 2001); Международной конференции «Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения» (Саратов, октябрь 2001); Международной научно-технической конференции «Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем» (Вологда, октябрь 2001); Первой международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ – 2002» (Москва, сентябрь 2002); Международном научно-техническом семинаре «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» (Воронеж, май 2010); VII школе-семинаре молодых ученых и специалистов акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассобмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, сентябрь 2010); Седьмой Международной теплофизической школе «Теплофизические исследования и измерения в энергосбережении, при контроле, управлении и улучшении качества продукции, процессов и услуг» (Тамбов, сентябрь 2010); Пятой Международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика» (Москва, октябрь 2010); Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, октябрь 2010); Четвертой международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ – 2011» (Москва, сентябрь 2011); образцы разработанных новых конденсатоотводчиков экспонировались на 12-й специализированной выставке с международным участием «Энергетика. Энергоэффективность.2010» в г. Саратове (получен диплом выставки) и на Шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций в 2011 г.





Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено два патента РФ на изобретение № 111608 и полезную модель № 2441182.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии из 123 наименований, из них 19 зарубежных работ, изложена на 161 странице, содержит 70 рисунков, 4 таблицы, 9 приложений. Общий объем работы составляет 185 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы направление и цель настоящей работы, названы научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» показана роль конденсатоотводчиков в решении задач энергосбережения. Приведен анализ конструкций известных конденсатоотводчиков, предъявляемых к ним требований, практического опыта эксплуатации и выявленных при этом недостатков и преимуществ. Органическим недостатком известных конденсатоотводчиков является их низкая надежность, что обусловлено тяжелыми условиями работы. На основе анализа определены концепции разработки новых конденсатоотводчиков с улучшенными характеристиками. Для конденсатоотводчиков дроссельного типа, конструктивно простых и не имеющих движущихся деталей, к разработке принят принцип множественности проточных каналов, размещаемых либо параллельно, либо последовательно. Для конденсатоотводчиков поплавкового типа, обладающих наилучшими функциональными показателями, к разработке принят принцип инверсного клапанного узла, использование которого дает целый ряд преимуществ. Обсуждается изученность характеристик течения адиабатных парожидкостных систем и истечения через сужающие (клапанные) устройства. Делается вывод о необходимости опытного изучения пропускной способности проточных элементов новых конденсатоотводчиков.

Во второй главе «Новые конденсатоотводчики с дросселирующим элементом в виде слоя твердых частиц» дано описание слоевых конденсатоотводчиков со ступенями расширения (рис.1,а) и с незаторможенной частью слоя (рис.1,б). Проточная часть здесь представляет собой систему извилистых, условно параллельных каналов с переменной площадью поперечного сечения в засыпке (насадке) твердых частиц. На основе представлений гомогенной модели течения

а б в Рис. 1. Конденсатоотводчики дроссельного типа с насадкой в виде слоя твердых частиц (а), с частично незаторможенным слоем (б)
и с набором шайб (в): 1 – гайка; 2 – сетка;
3 – корпус; 4 – насадка; 5 – диск;
6 – отверстие; 7 – аккумулирующая емкость

фильтрующегося через засыпку самовскипающего потока насыщенного конденсата, с использованием обобщенного уравнения Аэрова для коэффициента сопротивления слоя шаровых частиц, связей для геометрических характеристик каналов, получены расчетные соотношения, позволяющие определять пропускную способность конденсатоотводчиков и потерю давления парожидкостного потока. Сравнение результатов выполненных расчетов с опытными данными разных авторов для одно- и двухфазных потоков показало удовлетворительную их сходимость.

Разработана методика расчета конденсатоотводчиков со ступенчатым расширением слоя засыпки по направлению движения конденсата, обеспечивающем пропуск образующегося вторичного пара без большого увеличения скорости потока и исключающем критические явления. Расчетный алгоритм позволяет учитывать переменность физических свойств потока в условиях нелинейного изменения его давления по длине засыпки. Для турбулентной области фильтрации, когда вязкостные силы становятся малозначимыми, инженерный расчет конденсатоотводчиков может проводиться по упрощенной методике. Разработаны программы расчета на ЭВМ режимных и конструктивных параметров конденсатоотводчиков, а также количества пропускаемого пролетного пара при отклонениях от номинальных рабочих условий.

б Рис. 2. Схема испытуемого конденсатоотводчика (а) и зависимость выхода пролетного пара от производительности сушильно-обжарочной установки (б): точки – опыт;
линии – расчет; р1=1 МПа; р2=0,105 МПа


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.