Воробйова Л. О. Ефективна утилізація теплоти димових газів промислових печей у регенераторі із трубною насадкою

Дисертаційна робота присвячена зниженню споживання природного газу в термічних печах і поліпшенню екологічного стану навколишнього середовища шляхом розробки, дослідження та застосування нового різновиду теплообмінної насадки регенератора, яка складається з пучка труб корозійностійкої сталі. Трубна насадка має малий аеродинамічний опір, не зазнає руйнування через термічні напруги та здатна працювати в умовах запилених димових газів. Експериментально визначено нестаціонарні температурні поля димових газів, повітря та стінки однієї з труб насадки регенератора; запропоновано балансовий спосіб визначення середньої швидкості газу в досліджуваній трубі за виміряними температурами теплоносіїв і стінки труби. Баланс для теплоносіїв, що нагріваються й охолоджуються дотримується з розбіжністю 1,5 %. Вперше експериментально визначені коефіцієнти тепловіддачі в регенеративному теплообміннику із трубною насадкою в умовах частої зміни періодів її нагріву й охолодження та за результатами дослідження рекомендовано достовірні формули для розрахунку чисел Нусельта при проектуванні регенеративних пальників. За результатами експерименту адаптовано чисельну математичну модель нестаціонарного теплообміну в насадці мінірегенератору з урахуванням поздовжньої теплопровідності труб. Встановлено, що при товщині стінки меньш ніж 2,5 мм поздовжню теплопровідність можна не враховувати з похибкою розрахунку до 1 %. Отримано залежність перепаду температури підігріву повітря від співвідношення витратної теплоємності повітря, що пройшло через регенератор протягом періоду, до теплоємності насадки. Ця залежність дозволяє визначити необхідну масу трубної насадки, яка забезпечує припустимий перепад температур підігріву повітря. Однакові умови теплообміну всередині та ззовні труб дозволяють мінімізувати масу насадки. Отримано рівняння для розрахунку оптимальної відстані між осями труб в насадці, яка забезпечує ці умови. Розроблено методику розрахунку трубчастого теплообмінника при заданій тепловій потужності регенеративного пальника, що дозволяє визначити кількість і довжину труб насадки за дотриманням технологічних обмежень: перепаду температур підігріву повітря, величини аеродинамічного опору та довжини труб. Представлено технічні пропозиції щодо заміни існуючої системи опалення двох промислових печей на регенеративну систему з використанням трубчастих мінірегенераторів. Ключові слова: мінірегенератор, насадка, багатотрубний пучок, теплообмін, аеродинамічний опір, енергозбереження.