Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей

Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей

Изложены особенности создания теплоутилизационных технологий для стекловаренных печей. Предложено эффективное оборудование для полезного использования сбросной теплоты дымовых газов и показана целесообразность его применения....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автори: Фиалко, Н.М., Навродская, Р.А., Сариогло, А.Г., Пресич, Г.А., Слюсар, М.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:Промышленная теплотехника
Теми:
Энергосбережение
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60626
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей / Н.М. Фиалко, Р.А. Навродская, А.Г. Сариогло, Г.А. Пресич, М.А. Слюсар // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 84-90. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-60626
record_format dspace
spelling irk-123456789-606262014-04-18T03:01:35Z Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей Фиалко, Н.М. Навродская, Р.А. Сариогло, А.Г. Пресич, Г.А. Слюсар, М.А. Энергосбережение Изложены особенности создания теплоутилизационных технологий для стекловаренных печей. Предложено эффективное оборудование для полезного использования сбросной теплоты дымовых газов и показана целесообразность его применения. Викладено особливості створення теплоутилізаційних технологій для скловарних печей. Запропоновано ефективне устаткування для корисного використання скидної теплоти димових газів та показана доцільність їхнього застосування. The features of heat recovery technologies at glass-worked furnaces are set out. An efficient equipment for heat recovery utilization of waste gas is introduced, as well as the expediency its application is demonstrated. 2010 Article Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей / Н.М. Фиалко, Р.А. Навродская, А.Г. Сариогло, Г.А. Пресич, М.А. Слюсар // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 84-90. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60626 662.6. 004.14 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Энергосбережение
Энергосбережение
spellingShingle Энергосбережение
Энергосбережение
Фиалко, Н.М.
Навродская, Р.А.
Сариогло, А.Г.
Пресич, Г.А.
Слюсар, М.А.
Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
Промышленная теплотехника
description Изложены особенности создания теплоутилизационных технологий для стекловаренных печей. Предложено эффективное оборудование для полезного использования сбросной теплоты дымовых газов и показана целесообразность его применения.
format Article
author Фиалко, Н.М.
Навродская, Р.А.
Сариогло, А.Г.
Пресич, Г.А.
Слюсар, М.А.
author_facet Фиалко, Н.М.
Навродская, Р.А.
Сариогло, А.Г.
Пресич, Г.А.
Слюсар, М.А.
author_sort Фиалко, Н.М.
title Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
title_short Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
title_full Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
title_fullStr Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
title_full_unstemmed Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
title_sort эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate 2010
topic_facet Энергосбережение
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60626
citation_txt Эффективные теплоутилизационные технологии для стекловаренных печей / Н.М. Фиалко, Р.А. Навродская, А.Г. Сариогло, Г.А. Пресич, М.А. Слюсар // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 84-90. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv AT fialkonm éffektivnyeteploutilizacionnyetehnologiidlâsteklovarennyhpečej
AT navrodskaâra éffektivnyeteploutilizacionnyetehnologiidlâsteklovarennyhpečej
AT sariogloag éffektivnyeteploutilizacionnyetehnologiidlâsteklovarennyhpečej
AT presičga éffektivnyeteploutilizacionnyetehnologiidlâsteklovarennyhpečej
AT slûsarma éffektivnyeteploutilizacionnyetehnologiidlâsteklovarennyhpečej
first_indexed 2025-07-05T11:40:02Z
last_indexed 2025-07-05T11:40:02Z
_version_ 1836806940614721536
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №684 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ УДК 662.6. 004.14 Фиалко Н.М., Навродская Р.А., Сариогло А.Г., Пресич Г.А., Слюсар М.А. Институт технической теплофизики НАН Украины ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ Викладено особливості створення теплоутилізаційних технологій для скловарних печей. Запропоновано ефективне устатку- вання для корисного використання скидної теплоти димових газів та показана доцільність їхнього засто- сування. Изложены особенности созда- ния теплоутилизационных техно- логий для стекловаренных печей. Предложено эффективное оборудо- вание для полезного использования сбросной теплоты дымовых газов и показана целесообразность его при- менения. The features of heat recovery technologies at glass-worked furnaces are set out. An efficient equipment for heat recovery utilization of waste gas is introduced, as well as the expediency its application is demonstrated. Одной из наиболее энергоемких отраслей народного хозяйства является стекольная про- мышленность [1, 2]. При этом, большинство стекловаренных печей оснащено воздухогрей- ными утилизаторами теплоты уходящих газов – регенераторами и рекуператорами. В данных устройствах за счет охлаждения газов осущест- вляется подогрев воздуха, подаваемого в горел- ки печи. Однако, температура отходящих газов после воздухогрейных устройств остается еще достаточно высокой (300…600 ºС, а в некото- рых случаях достигает 800 ºС) и тепловые по- тери с газовыми выбросами составляют в сред- нем 40…60 %. Поэтому проблема повышения КПД и эффективное использование топлива в стекловаренных печах являются весьма акту- альными [3-5]. Целью данной работы являлось создание технологий и оборудования для повышения эф- фективности использования теплоты топлива в печах стекольного производства. Рациональной схемой полезного исполь- зования сбросной теплоты дымовых газов является применение теплоутилизационных устройств для получения горячей воды. Сле- дует отметить, что реализация данной схемы связана с определенными трудностями, кото- рые обусловлены целым рядом особенностей стекловаренных печей различного назначения и, в частности, со значительным технологиче- ским выносом в виде пыли и химически агрес- сивных газообразных соединений в дымовых газах. Дымовые газы указанных печей в основ- ном состоят из газов, образующихся при сжи- гании топлива в процессе плавления шихты, то есть, от химических реакций, протекающих в это время. В составе смесей очень агрессивны сернистые газы, оксиды азота, менее агрессив- ны кислород, оксиды углерода, пыль. В табли- це 1 представлены характерные данные отно- сительно газовых выбросов стекловаренных печей, полученные в результате собственных исследований и анализа литературы. Как видно из представленной таблицы, в таких условиях необходимо применение спе- циальных теплоутилизационных технологий, позволяющих: ▪ уменьшать концентрацию пыли в дымо- вых газах перед поступлением их в теплоути- лизаторы; ▪ способствовать уменьшению заносом пылью теплообменной поверхности теплоути- лизаторов; ▪ не допускать конденсации влаги на теп- лообменной поверхности; ▪ обеспечивать доступ к теплообменным поверхностям для их очистки; ▪ минимизировать трудозатраты на очист- ку. При этом теплоутилизаторы должны быть достаточно компактными и высокоэффектив- ными в тепловом отношении. При разработке технических решений теп- лоутилизаторов учитывались особенности стекловаренных печей и, в частности, тот факт, что пылевые частицы, содержащиеся в дымо- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 85 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Табл. 1. Параметры газовых выбросов стекловаренных печей Наименование характеристики, единица измерения Предприятия стекольной промышленности, на которых проведены исследования Литературные источники О О О ” ЧС З- Л ип ец к” О А О ” В ет ро па к Го ст ом ел ьс ьк ий ст ек ло за во д” О О О ” Х ер со нс ки й за во д ст ек ло из де ли й” О О О ” Л ьв ов - ск ий м ех за во д” Температура отходящих газов, ºС 400 360 330 450 Расход природного газа, м3/час 2300 1400 430 600 Состав технологического выноса в отходящих газах, мг/м3: Стандарты Гер- мании США сернистый ангидрид 150 1150 86 220 1800 250 оксиды азота 4000 1300 1600 1400 1000 2700 пыль 160…218 200…300 120…220 140…180 50 100 оксид углерода 0 0 0 0 0 100 Коэффициент избытка воздуха 1,56 1.7 1,6 1,8 Дисперсный состав пыли, %: 0…10 мкм 41,75 10…20 мкм 15,64 20…30 мкм 15,38 40…30 мкм 10,99 60…70 мкм 7,08 80…200 мкм 4,36 Концентрация пыли (мг/м3) в от- ходящих газах для печей: по данным [6] Производства тарного стекла 150…220 120…220 87…479 Производства листового стекла 140…180 98…199 Подковообразных 150…220 252…337 Прямого нагрева 149 С поперечным направлением пламени 200…300 199…251 вых газах, оседая на поверхности нагрева, за короткий период (от нескольких суток до не- скольких недель) существенно уменьшают теп- лопроизводительность утилизационных уста- новок, зачастую снижая их эффективность в несколько раз. Толщина отложений твердого технологического уноса определяется химичес- ким, дисперсным и количественным составом ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №686 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ пыли. Эксплуатация теплоутилизационного оборудования в таких условиях возможна при применении пылеосадительных устройств и системы очистки поверхностей нагрева. Так- же, на теплообменной поверхности указанного оборудования в результате коррозии появляют- ся рыхлые пленки, образованию которых спо- собствует восстановительная среда [6]. При учете данных обстоятельств институ- том разработаны различные технические ре- шения и ряд конструкций теплоутилизаторов газотрубного и водотрубного типов. Эти те- плоутилизаторы предназначены для получения горячей воды с температурой до 95 °С, которая в зимний период может использоваться для отопления производственных помещений, а в летнее время направляться в систему горячего водоснабжения и технологические нужды. В качестве теплообменной поверхности теплоутилизатора газотрубного типа выбраны трубы с кольцевыми турбулизаторами на вну- тренней стороне (рис. 1), позволяющие интен- сифицировать теплообмен со стороны газов и соответственно уменьшать габариты и метал- лоемкость теплоутилизатора по сравнению с гладкотрубными конструкциями. Известно [7, 8], что теплоотдача и гидрав- лическое сопротивление в трубах с кольцевыми интенсификаторами теплообмена существенно зависят от параметров накатки турбулизато- ров. При определенных параметрах накатки (d/D = 0,906, t/D = 1,050) для чисел Рейноль- дса, соответствующих рабочим режимам (Re = 10000…15000), коэффициент теплоотда- чи внутри труб повышается в среднем в 2 раза и наблюдается опережение роста теплоотдачи в сравнении с ростом гидравлического сопро- Рис. 1. Труба с кольцевыми турбулизаторами (ТКТ). тивления. Указанные параметры были исполь- зованы при создании экспериментальных мо- делей газотрубного теплоутилизатора дымовых газов. Эти модели являлись теплообменниками кожухотрубчатого типа с движением газов вну- три труб и водой в межтрубном пространстве. Исследовались модели с трубами гладкими и с кольцевыми турбулизаторами. Исследования проводились с целью определения средних коэффициентов теплообмена и аэродинамиче- ского сопротивления, а также изучения их ди- намики во времени при использовании для за- пыленных газов стекловаренных печей. На рис. 2 представлен график изменения во времени коэффициента загрязнения ψз [9] экс- периментальных моделей с ТКТ и гладкими трубами. Коэффициент ψз представляет собой отношение коэффициентов теплопередачи за- грязненного трубного пучка по сравнению с чистой поверхностью. Как видно из представленного графика, через 100 часов работы коэффициент тепло- передачи теплообменника с ТКТ уменьшается примерно на 50 %, а далее величина его стаби- лизируется. Немного иная динамика ψз для мо- дели с гладкими трубами, что свидетельствует о меньшей интенсивности загрязнения поверх- ности гладких труб по сравнению с трубами ТКТ. Последнее подтверждается и данными, представленными на рис. 3, полученными при определении аэродинамического сопротивле- ния описанных моделей. Рис. 2. Изменение во времени коэффициента загрязнения ψз экспериментальных моделей: □ – трубы с кольцевыми турбулизаторами; ▲– гладкие трубы. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 87 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Рис. 3. Изменение во времени аэродинамического сопротивления экспериментальных моделей: □ – гладкие трубы; ○ – трубы с кольцевыми турбулизаторами. Однако, как показывают расчеты и исследова- ния, несмотря на меньшую (до 15 %) загряз- няемость рабочей поверхности гладких труб, общая тепловая эффективность поверхностей нагрева с ТКТ выше примерно на 50…70 %. Для условий работы в среде запыленных газов стекловаренных печей экспериментально Наименование показателя, размерность Значение Теплопроизводительность, МВт 0.3…1.2 Температура воды, °С: на входе 70 на выходе 95 Температура газов, °С: на входе 450 на выходе 130…200 Аэродинамическое сопротивление, Па 450…600 Гидравлическое сопротивление, кПа 5 Расход газов, кг/с 1.0…3.5 Расход воды, кг/с 1.6…6.5 Габаритные размеры, мм: диаметр корпуса 815…1480 высота теплообменника 1500…2000 общая высота 3070…4670 Масса, кг 1320…5030 Табл. 2. Технические характеристики теплоутилизатора газотрубного ТГ установлены оптимальные скорости очисти- тельного агента (воздуха) vопт в зависимости от длины l теплообменных труб в диапазоне ее из- менения от 1 до 2,5 м. Полученные данные обработаны в виде за- висимости vопт = 35·l 0,5. С учетом полученных данных были раз- работаны технические решения газотрубных конструкций теплоутилизаторов для чистых и запыленных газов. На рис. 4 представлена принципиальная схема теплоутилизатора газотрубного (ТГ) ды- мовых газов печей. ТГ применяется как для чистых, так и запыленных дымовых газов. Газотрубный теплоутилизатор (см. рис. 4) включает в себя собственно теплообменник 1, состоящий из труб 2 с кольцевыми турбулиза- торами, входную 3 и выходную 4 газовые ка- меры и систему очистки 5. Технические харак- теристики теплоутилизатора приведены в таб- лице 2. При использовании теплоутилизатора ТГ ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №688 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ для стекловаренных печей на поверхности теп- лообмена с газовой стороны образуются рых- лые отложения пыли. Для удаления пылевых отложений разработана система очистки с по- мощью сжатого воздуха. Применение очистки позволяет периодически удалять технологиче- ский унос с внутренней стороны труб в автома- тическом режиме сжатым воздухом давлением 0,5 МПа в процессе работы теплоутилизатора. Эффективность очистки в процессе эксплу- атации теплоутилизатора проиллюстрирована на рис. 5. Как видно из приведенного графи- ка, после очистки коэффициент теплопередачи практически восстанавливается до первона- чального значения. Кроме описанных газотрубных теплоути- лизаторов разработаны также теплоутилизато- ры водотрубные, предназначенные преимуще- ственно для использования теплоты отходящих газов печей для производства стеклянной тары. Эти печи характеризуются большим расходом газа на горение. Теплоутилизаторы компонуются с опреде- ленного числа модулей. Теплообменная по- верхность каждого модуля для уменьшения отложений пыли состоит из панелей, образо- Рис. 4. Схема теплоутилизатора газотрубного ТГ с системой очистки поверхностей нагрева. Рис. 5. Изменение коэффициента теплопередачи теплоутилизатора газотрубного с системой очистки в процессе эксплуатации. ванных трубами с мембранами. Теплоутилиза- торы водотрубные модульные (ТВМ) разрабо- таны для печей с расходом природного газа от 400 до 2000 м3/ч. В качестве примера можно привести реа- лизацию разработанной теплоутилизационной технологии с применением ТВМ на ООО ”Ча- годощенский стекольный завод” (Российская Федерация). За стекловаренной печью указан- ного предприятия сооружена теплоутилизаци- онная установка, предназначенная для нагрева воды системы отопления завода за счет исполь- зования теплоты отходящих газов. Теплоутили- зационная установка содержит два идентичных модульных теплоутилизатора (рис. 6), уста- новленных параллельно основному газоходу печи. В конструкции модулей предусмотрены люки для очистки теплообменных поверхно- стей от загрязнений технологическим уносом. Удаление загрязнений проводится сжатым воз- духом в ручном режиме. Периодичность удале- ния отложений пыли определяется условиями эксплуатации (наличием пылеосадительных устройств, степенью содержания в газах твер- дых частиц, их дисперсным составом и так да- лее). Технические характеристики теплоутили- заторов, полученные при испытаниях, приведе- ны в табл. 3. На рис. 7 представлен график зависимости теплопроизводительности ТВМ, установленно- го за стекловаренной печью ОАО "Гостомель- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №6 89 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Рис. 6. Теплоутилизатор водотрубный модульный ТВМ: 1 – модуль теплоутилизатора; 3 – кран для удаления воздуха; 2 – соединительные трубопроводы; 4 – люки для очистки. Табл. 3. Технические характеристики теплоутилизаторов ТВМ Наименование характеристики, единица измерения Значения в режимах работы теплоутилизаторов Теплоутилизатор №1 Теплоутилизатор №2 Совместная работа двух теплоутилизаторов Теплопроизводительность, МВт 0,23 0,23 0,73 Расход воды, кг/с (т/час) 16,7 (60) 16,7 (60) 16,7 (60) Температура воды на входе, °С 80,9 80,3 57,7 Температура воды на выходе, °С 77,6 77,0 68,2 Расход газов, кг/с 1,1 1,0 2,5 Температура газов на входе, °С 315 331 390 Температура газов на выходе, °С 116 119 120 Аэродинамическое сопротивле- ние, Па 140 140 260 Гидравлическое сопротивление, кПа 140 140 50 ский стеклозавод", от времени его эксплуата- ции между очистками. Рекомендуемая периодичность очистки око- ло двух недель. За этот период теплопроизво- дительность утилизационной установки умень- шается примерно на 30 %. После удаления пылевых отложений тепловая эффективность повышается практически до первоначально- го значения. Для других печей интенсивность засорения поверхностей нагрева и периодич- ность очистки может существенно отличаться от приведенных данных. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №690 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В заключение отметим, что применение теплоутилизаторов ТГ и ТВМ обеспечивает повышение коэффициента использования теп- лоты топлива на 10…25 %. При этом срок оку- паемости затрат на теплоутилизацию не превы- шает 1 года. Разработанные устройства эксплуатируют- ся на 11 заводах Украины и Российской Феде- рации. Полезное использование потенциала тепловых выбросов печей позволяет указан- ным предприятиям полностью обеспечить по- требность в тепловой энергии на собственные нужды и за счет этого отказаться от услуг ко- тельной. В то же время, на некоторых заводах имеются излишки утилизированной теплоты (особенно в летний период), что позволяет про- давать избыточную тепловую энергию сторон- нему потребителю. Выводы Таким образом, предложенные теплоути- лизационные технологии и соответствующее оборудование существенно (до 25 %) позво- ляет повысить эффективность использования Рис. 7. Изменение теплопроизводительности ТВМ в процессе эксплуатации. топлива в стекловаренных печах и использо- вать утилизированную теплоту в системах те- плоснабжения предприятий стекольного произ- водства и других потребителей. ЛИТЕРАТУРА 1. Дзюзер В.Я. Совершенствование техни- ческих характеристик стекловаренных печей // Стекло и керамика. – 2008. – №7. – С.58-59. 2. Рей Д. Экономия энергии в промышлен- ности / Справочное пособие для инж.-техн. работников. Перевод с англ. – М.: Энергоатом- издат, 1983. – 208 с. 3. Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Сте- панова А.И., Навродская Р.А., Шевчук С.И., Новаковский М.А. Эффективность систем ути- лизации теплоты отходящих газов стеклова- ренных печей // Пром. теплотехника. – 2009. – Т. 31, №4. – С. 78-85. 4. Фиалко Н.М., Навродская Р.А., Пресич Г.А., Сариогло А.Г., Чехаровская М.И. Эконо- мия топлива путем утилизации теплоты отхо- дящих дымовых газов стекловаренных печей // Стекло мира. – 2001. – №3. – С.58-59. 5. Филлипов О.В. Теплообменные устрой- ства печных установок. – Киев: Вища школа, 1978. – 220 с. 6. Шапилова М.В. Тимофеева И.Т. Охрана атмосферного воздуха в стекольной промыш- ленности. – М.: Легпропромиздат, 1992. – 231 с. 7. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. – М: Машиностроение, 1981. – 206 с. 8. Аронов И.И. Верфоломеев И.М., Гомон В.И. и др. /а.с. СССР 612142. Теплообменная труба. – опубл. в Б.И. , 1978, – №23. 9. Тепловой расчет котельных агрегатов под редакцией Кузнецова Н.В., Нормативный метод // – М.: Энергия, 1973. – 296 с. Получено 27.09.2010 г.

Схожі ресурси