Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ПОПОВ СТАНИСЛАВ КОНСТАНТИНОВИЧ
РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ
Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва - 2009
Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре Энергетики высокотемпературной технологии.
Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Ключников Анатолий Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Леончик Борис Иосифович доктор технических наук, профессор Бухмиров Вячеслав Викторович доктор технических наук Пацков Евгений Алексеевич
Ведущая организация: ОАО Объединение ВНИПИЭнергопром
Защита диссертации состоится 26 марта 2009 года в 15 час. 30 мин. в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).
Автореферат разослан л___ ___________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.к.т.н., доцент Попов С.К.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Обеспеченность растущей экономики России энергоресурсами, являющаяся одним из условий повышения качества жизни населения страны, неразрывно связана с эффективным решением проблемы энергосбережения - ключевой энергетической проблемы современности.
Наибольшие резервы энергосбережения кроются в области конечного энергоиспользования - в энергетике технологии. Ведущим сектором энергетики технологии является энергетика теплотехнологии, охватывающая разнообразные и разномасштабные объекты: реакторы, установки, системы и комплексы. В указанных объектах наряду со значительными масштабами энергопотребления наблюдается наиболее низкий уровень эффективности использования энергоресурсов. Это особенно характерно для объектов высокотемпературных теплотехнологий.
Таким образом, работы по выявлению и реализации наиболее масштабного резерва энергосбережения следует сосредоточить на теплотехнологических объектах (ТТО) энергоемких отраслей промышленного производства, обращая особое внимание при этом на объекты высокотемпературных теплотехнологий.
Одним из продуктивных направлений решения проблемы энергосбережения в теплотехнологических объектах является концепция интенсивного энергосбережения. Данное научное направление разрабатывается в МЭИ (ТУ) профессором Ключниковым А.Д. и руководимым им научным коллективом.
На основе концепции интенсивного энергосбережения (ИЭС) сформулированы задачи энергетики теплотехнологии, к числу которых относятся:
1. Определение величины и структуры энергоемкости технологии производства продукта в теплотехнологическом объекте.
2. Определение теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта. Прогноз потенциала интенсивного энергосбережения.
3. Формирование, разработка и реализация на основе совокупности мероприятий интенсивного энергосбережения:
а) перспективных моделей теплотехнологических объектов нового поколения;
б) перспективных моделей действующих теплотехнологических объектов.
Указанные задачи можно квалифицировать как задачи интенсивного энергосбережения.
Насущной необходимостью решения проблемы энергосбережения определяется актуальность разработки методов и средств решения задач ИЭС в применении к разномасштабным объектам высокотемпературных теплотехнологий.
Цель работы. Разработка на базе концепции интенсивного энергосбережения методологии решения задач энергетики теплотехнологии для высокотемпературных теплотехнологических объектов энергоемких отраслей промышленного производства.
Достижение намеченной цели предусматривает решение ряда научных и практических задач:
Ц разработка методов определения энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в теплотехнологическом объекте;
Ц создание универсального программного обеспечения для определения теоретически минимального энергопотребления в ТТО;
Ц разработка математических моделей теплотехнологических установок для определения практически возможного энергосберегающего эффекта в ТТО;
Ц реализация разработанных методов и программных средств решения задач интенсивного энергосбережения в применении к трем разномасштабным теплотехнологическим объектам - комплексу, системе и установке;
Ц формирование энергетического сценария развития теплотехнологического объекта на основе разработки и ранжирования совокупности его перспективных моделей.
Научная новизна диссертационной работы.
1. Разработан научно-методический аппарат решения задач интенсивного энергосбережения, имеющий универсальный характер и включающий:
Ц алгоритмы решения задач ИЭС как для действующих, так и для вновь создаваемых объектов высокотемпературных теплотехнологий. Этапы алгоритмов составляют логическую последовательность процедур, реализация которых является основой решения всех задач ИЭС, рассматриваемых в работе;
Ц методы и программные средства для анализа энергоемкости технологии производства продукта, выявления структуры энергоемкости;
Ц методические основы формирования математических моделей идеализированных теплотехнологических установок (ИТТУ) с регенеративным теплоиспользованием и топливным источником энергии;
Ц алгоритмы и программы расчета представительной совокупности тепловых схем ИТТУ для определения теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в ТТО.
Разработанный универсальный научно-методический аппарат составил общую основу решения задач интенсивного энергосбережения в трех разномасштабных теплотехнологических объектах - в комплексе, системе и установке, при этом с учетом специфики каждого объекта методы и программные средства решения задач ИЭС получили дальнейшее развитие.
2. Реализованы методы и средства решения задач ИЭС в условиях теплотехнологического комплекса (ТТК) производства строительной керамики.
Определена энергоемкость технологии производства продукта, выявлена ее структура. Впервые сформулированы глобальная и локальная постановки задачи минимизации энергоемкости технологии в ТТК, изложен подход к выбору очередности решения задач минимизации.
Определены теоретический минимум энергоемкости технологии производства продукта и потенциал интенсивного энергосбережения в ТТК. В рамках поиска путей реализации потенциала ИЭС на основе разработки и исследования перспективных моделей объекта создана математическая модель туннельной обжиговой печи. В процессе разработки и использования модели:
Ц обоснован новый подход к описанию внутреннего теплообмена в садке с применением коэффициента объемной теплоотдачи, впервые разработан и реализован алгоритм идентификации модели объекта;
Ц впервые поставлена и решена задача параметрической оптимизации объекта на основе технологического и энергетического условий оптимальности;
Ц количественно оценена эффективность направлений реализации потенциала интенсивного энергосбережения в ТТК.
3. Развиты и расширены методы и средства решения задач ИЭС в применении к теплотехнологической системе (ТТС) черной металлургии. Впервые выявлена величина и структура потенциала ИЭС системы, свидетельствующая о важности постановки и решения задач интенсивного энергосбережения в границах замкнутого теплотехнологического комплекса.
Впервые реализован метод построения последовательности этапов энергетического совершенствования теплотехнологической системы, включая:
Ц формирование совокупности перспективных моделей ТТС на основе мероприятий интенсивного энергосбережения;
Ц расчетный анализ моделей с использованием оригинальных программных средств;
Ц формулировку и алгоритм решения задачи ранжировки перспективных моделей.
4. Разработаны этапы алгоритма решения задач интенсивного энергосбережения для плавильной теплотехнологической установки (ТТУ) производства стекловолокна. Определен потенциал ИЭС, выбрано средство реализации этого потенциала - плавильная камера с перфорированным слоем материала (ПКПС).
5. Выполнена программная реализация трехмерной математической модели ПКПС, посредством которой впервые выявлена слабая зависимость коэффициента регенерации тепловых отходов от производительности камеры, количественно обоснована оценка ПКПС как перспективной модели оборудования нового поколения.
Разработана математическая модель плавильной зоны ПКПС, учитывающая изменение реологических свойств материала при его нагреве и плавлении и основанная на уточненной физической модели движения расплавленного материала. Выполнена оценка правомерности допущений, используемых в расчетных исследованиях движения пленки расплава по вертикальной охлаждаемой стенке в условиях высокотемпературной камеры.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработаны методы, алгоритмы и программные средства, обеспечивающие:
Ц анализ энергоемкости технологии производства продукта, выявление структуры энергоемкости;
Ц определение теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в теплотехнологическом объекте;
Ц ранжировку перспективных моделей теплотехнологического объекта, - которые могут применяться в текущей деятельности предприятий, работающих в области энергоаудита и энергосбережения, а также промышленных предприятий для поддержки принятия управленческих решений.
2. Создана совокупность программных продуктов, которая имеет универсальный характер и широкую область применения в расчетном исследовании топливных высокотемпературных установок, использована в проектноконструкторских разработках АО Уралхиммаш, ЗАО АМКО (г. Череповец), в научно-исследовательской деятельности ОАО НИУИФ для создания новых и энергетической модернизации действующих печей в теплотехнологических системах производства фторида алюминия, комплексных минеральных удобрений.
3. Выполнены научно-технические разработки:
Ц математическая модель туннельной обжиговой печи, методы и алгоритмы идентификации модели, а также параметрической оптимизации печи;
Ц математическая модель плавильной камеры с перфорированным слоем, технические решения по промышленному освоению камеры;
Ц математическая модель компактного регенератора, - которые могут быть использованы научно-исследовательскими и проектноконструкторскими организациями различных отраслей промышленности.
4. Решение задач интенсивного энергосбережения на конкретных примерах разномасштабных объектов с применением разработанной методологии расширяет возможности ее практического использования в аналогичных высокотемпературных теплотехнологиях.
5. Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе, в учебно-методической литературе при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по специальностям Энергетика теплотехнологии, Промышленная теплоэнергетика, а также на курсах по переподготовке инженернотехнического персонала в Московском энергетическом институте (техническом университете).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных, Всесоюзных и Всероссийских конференциях: Проблемы энергетики теплотехнологии, Москва, 1987; Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии, Днепропетровск, 1989; Научные основы энергосберегающей техники и технологий, Москва, 1990; Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии, Москва, 1991; Второй международный симпозиум по энергетике, окружающей среде и экономике, Казань, 1998; Проблемы эффективного использования энергоносителей и низкосортных топлив в промышленности, Саратов, 1998; Современное газоиспользующее оборудование и технологии в решении энергосберегающих и экологических проблем в газовой промышленности, Ижевск, 1999;
Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века, Москва, 2000; Состояние и перспективы развития электротехнологии (Х Бенардосовские чтения), Иваново, 2001; Информационные средства и технологии, Москва, 2002; Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии, Москва, 2002; Рациональное использование природного газа в металлургии, Москва, 2003; Энергосбережение - теория и практика, Москва, 2004; Информационные технологии и математическое моделирование, Томск, 2004, 2005; Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005, Москва, 2005; Энерго- и ресурсосберегающие технологии в металлургии, Москва, 2008.
Публикации. Основные научные положения, выводы и рекомендации диссертации содержатся в 51 опубликованной работе, в том числе 17 работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 авторское свидетельство и патента на изобретения.
Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 331 странице машинописного текста. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и приложений, содержит 132 рисунка и 24 таблицы. Библиографический список включает 274 публикации.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность решаемой научной проблемы. Отмечено, что решению различных аспектов проблемы энергосбережения в промышленности во второй половине ХХ века были посвящены работы многих ученых:
Н.А. Семененко, Г.П. Иванцова, М.А. Глинкова, Б.И. Китаева, В.А. Кривандина, Ю.И. Розенгарта, В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелокова, В.И. Тимошпольского, А.П.
Несенчука, Л.А. Бровкина, А.Н. Коротина, О.Л. Данилова, В.С. Степанова и других. Показана связь работы с научными программами, изложены методы исследования, сформулированы научная новизна, практическая ценность.
В первой главе проанализированы состояние и методическая база решения проблемы энергосбережения. Показано, что именно в энергетике технологии - в сфере конечного энергоиспользования - кроется основная часть общего резерва энергосбережения российской экономики.
Среди работ по созданию методологии решения проблемы энергосбережения можно выделить три направления: сквозной энергетический анализ (В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков и др.); комплексный энергетический анализ (В.С. Степанов, Т.Б. Степанова); концепция интенсивного энергосбережения (А.Д. Ключников), продуктивно примененная к теплотехнологическому комплексу черной металлургии в трудах С.В. Картавцева.
Предпосылками дальнейшего развития концепции интенсивного энергосбережения являются: необходимость углубленной разработки методологии решения задач ИЭС; целесообразность иллюстративного пополнения методологии примерами решения задач ИЭС в условиях различных по целевой функции и масштабу теплотехнологических объектов.
Выбранная в работе методологическая основа решения проблемы энергосбережения - концепция интенсивного энергосбережения - позволяет сформулировать фундаментальные задачи энергетики теплотехнологии, которые можно квалифицировать как задачи интенсивного энергосбережения, и определить цель работы.
Во второй главе рассмотрены методические основы решения задач интенсивного энергосбережения. На основе системного подхода разработаны детализированные алгоритмы решения задач интенсивного энергосбережения как для действующих теплотехнологических объектов (рис.1), так и для вновь создаваемых ТТО. Этапы алгоритмов составляют логическую последовательность процедур, реализация которых является основой решения задач ИЭС.
1. Энергоаудит производственного объекта, содержащего исследуемый ТТО 2. Установление системных границ окружения ТТО 3. Формирование структурной модели действующего ТТО 4. Определение энергоемкости технологии в действующем ТТО 5. Формирование и расчет характеристик структурной модели ИТТО 6. Формирование вариантов структурной модели ИТТО.
Поиск теоретического минимума энергоемкости технологии 7. Определение потенциала интенсивного энергосбережения в ТТО, критериев энергоиспользования и энергетической эффективности 8. Формирование и расчет вариантов перспективных моделей ТТО 9. Сопоставительный анализ, разработка и реализация перспективных моделей ТТО Рис. 1. Алгоритм решения задач интенсивного энергосбережения для действующего теплотехнологического объекта:
ИТТО - идеализированный теплотехнологический объект Изложено содержание каждого из этапов представленных алгоритмов. В частности, на этапе 3 выполняется обработка результатов энергоаудита с целью подготовки исходных данных для решения задач ИЭС. Результаты выполнения данного этапа составляют содержание структурной модели теплотехнологического объекта. Структурная модель ТТО - это объединение компонентов:
Х компонент А: технологическая схема ТТО;
Х компонент B: температурный и тепловой графики теплотехнологии объекта;
Х компонент C: структурная схема объекта;
Х компонент D: тепловая схема объекта.
В рамках этапа 4 завершается решение первой задачи ИЭС - определение энергоемкости технологии продукта и выявление ее структуры. Для реализации этапа формируется карта энергоматериалопотребления ТТО с использованием одного из компонентов структурной модели, - структурной схемы ТТО. Данные, содержащиеся в карте энергоматериалопотребления, используются в процедуре расчета энергоемкости технологии производства продукта в действующем ТТО - Этто, кг/т. Эта величина, называемая также энергоемкостью технологии в ТТО, определяется на уровне первичного топлива и имеет размерность кг условного топлива на 1 т технологического продукта.
На этапе 5 производятся формирование и расчет характеристик структурной модели идеализированного теплотехнологического объекта (ИТТО), в том числе параметров материальных и энергетических потоков исследуемой модели (расход, мощность, температура и т.п.).
Идеализация выполняется в соответствии с определением термодинамически идеального ТТО, т.е. идеализированный объект обладает предельными свойствами, теоретически обеспечивающими минимальный расход топлива (теплоты) на теплотехнологический процесс. К числу этих свойств относятся технически неограниченные возможности: организации сквозной непрерывной теплотехнологии и противотока обрабатываемых материалов и теплоносителей;
обеспечения низкого уровня потерь теплоты через ограждения элементов объекта (вплоть до адиабатности ограждений); интенсификации внешнего теплообмена и достижения его завершенности в технологических и теплотехнических элементах объекта; интенсификации массообмена в теплотехнологических реакторах; рациональной организации процесса горения топлива; организации предельно глубокой регенерации тепловых отходов; обеспечения предельно низкого самопотребления энергии (вплоть до нуля).
На этой основе определяется Э0 - энергоемкость технологии производства продукта в ИТТО.
В общем случае структурная и тепловая схемы ИТТО, сформированные на этапе 5, являются не единственно возможными. Для одного и того же температурного графика теплотехнологического процесса (компонента B структурной модели) можно сформировать несколько структурных и тепловых схем ИТТО (компонентов C и D), соответственно получив несколько вариантов структурной модели ИТТО. Вследствие этого величину энергоемкости технологии производства продукта, определенную для какой-либо тепловой схемы, следует рассматривать как локальный минимум.
На этапе 6 формируются альтернативные варианты структурной модели ИТТО и устанавливается Э0 - глобальный минимум величины Э0 - в результто тате поиска и анализа экстремальной тепловой схемы ТТО. Процедура поиска экстремальной тепловой схемы ТТО основывается на циклическом повторе этапа 5. В итоге формируется множество {Эi }, i = 1,..., N, наименьший элемент которого и есть искомая величина Э0, а соответствующая схема - экстремальная тто тепловая схема ТТО.
Информация о параметрах двух структурных моделей - модели действующего ТТО и модели идеализированного ТТО с экстремальной тепловой схемой - дает основу для расчета на этапе 7 критериев энергоиспользования и энергетической эффективности действующей теплотехнологии производства продукта. Так, потенциал интенсивного энергосбережения в ТТО Эmax = Этто - Э0.
тто тто В результате реализации этапов 5 - 7 решается вторая задача ИЭС - задача определения теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в ТТО.
Третья задача ИЭС - поиск путей реализации потенциала ИЭС на основе разработки и исследования перспективных моделей ТТО - решается в рамках этапов 8 и 9.
Перспективная модель ТТО - это структурная модель объекта, который воплощает в себе некоторую выборку мероприятий интенсивного энергосбережения из полной их совокупности, состоит из реальных реакторов и установок (осуществляющих технологические процессы с конечными перепадами температур между теплоносителями, с тепловыми отходами и т.п.), при этом компоненты A, B, C, D данной модели возможно более приближены в своих качественных и количественных характеристиках к компонентам структурной модели ИТТО с экстремальной тепловой схемой.
Анализ содержания алгоритмов решения задач интенсивного энергосбережения приводит к выводу, что они имеют в своем составе ряд идентичных по содержанию этапов, в частности, этапы определения энергоемкости технологии производства продукта в действующем теплотехнологическом объекте, его идеализированном аналоге и в вариантах перспективных моделей ТТО. Следовательно, методы выполнения указанных этапов могут иметь достаточно общий характер, а результаты разработки и программной реализации этих методов отличаться универсальностью и широкой областью применения.
В третьей главе изложена методика определения энергоемкости технологии производства продукта в действующих ТТО и перспективных моделях ТТО. Для наглядной реализации методики использована действующая металлургическая ТТС переработки лома в стальную проволоку, состоящая из N элементов. В каждом элементе реализуется одна технологическая стадия.
Результаты систематизации исходных данных об энергетических и материальных потоках в ТТС представлены в форме карты энергоматериалопотребления. В потоке материала, обрабатываемого в ТТС, выделены сечения, при этом j-е сечение данного потока соответствует выходу из j-й технологической стадии, р - удельный массовый расход полупродукта на выходе из j-й стадии, т/(т т.п);
j p - удельный массовый расход материала, выводимого из потока полупродукj та в пределах j-й стадии в составе технологического металлосодержащего отхода, т/(т т.п). Потоки р, p отнесены к тонне конечного технологического проj j дукта.
Введен ряд локальных характеристик энергоемкости технологических стадий. Они исчисляются в кг условного топлива и отнесены к тонне полупродукта, покидающего j-ю стадию. К их числу относятся:
1) энергоемкость исходных материалов, получаемых из окружения ТТС и потребляемых на j-й стадии, кг/(т пп), nmax (Эим)j = gnjen.
n=Здесь gnj - удельный (на тонну полупродукта) расход n-го компонента исходных материалов, т/(т пп); en - энергоемкость данного компонента, то есть удельный расход первичного условного топлива на добычу (производство), подготовку (переработку) и транспортировку к потребителю n-го компонента исходных материалов, кг/(т компонента); nmax - общее количество компонентов исходных материалов, потребляемых на j-й стадии;
2) энергоемкость топливно-энергетических ресурсов, потребляемых на j-й стадии, кг/(т пп). Так, для системы, потребляющей природный газ и электроэнергию, (Этэр) = bjeпг + wjeээ, j где eпг, eээ - энергоемкости видимых расходов соответственно природного газа и электроэнергии, кг/(кг у.т.) и кг/кВтч;
3) прирост энергоемкости полупродукта в пределах j-й стадии, кг/(т пп), (Эпп)j = (Эим)j + (Этэр), j [1, N].
j Введен ряд интегральных характеристик энергоемкости технологических стадий. Они содержат количественную информацию о совокупности технологических стадий - с первой по j-ю, исчисляются в кг условного топлива и отнесены к тонне технологического продукта. Этот ряд составляют:
1) энергоемкость исходных материалов, потребляемых в ТТС в пределах с первой по j-ю стадию, кг/(т т.п) j (Эим)j = pi(Эим)i или (Эим)j = (Эим)j-1 + p (Эим)j ;
j i=2) энергоемкость полупродукта после j-й стадии, кг/(т т.п), j (Эпп)j = pi(Эпп)i или (Эпп)j = (Эпп)j-1 + p (Эпп)j ;
j i=3) энергоемкость металлосодержащих технологических отходов, выведенных из ТТС в пределах с первой по j-ю стадию, кг/(т т.п) j (Эмет) = pi(Эпп)i или (Эмет) =(Эмет) + p (Эпп)j то то то j j j j-i=В данных формулах находит отражение тот факт, что поток p, выводимый j из ТТС на j-й стадии, последовательно проходит в составе потока полупродукта не только j-ю, но и все предыдущие стадии, повышая свою энергоемкость в пределах ТТС так же, как и полупродукт;
4) энергоемкость шлаковых технологических отходов, выведенных из ТТС в пределах с первой по j-ю стадию, кг/(т т.п) j (Эшлак) = аi pi(Эпп)i или (Эшлак) =(Эшлак) + а p (Эпп)j, то то то j j j j j-i=где a - удельный массовый расход шлаковых отходов в j-й стадии, отнесенный j к тонне полупродукта, выходящего из этой стадии, т/(т пп);
5) энергоемкость технологических отходов, выведенных из ТТС в пределах с первой по j-ю стадию, кг/(т т.п), определяется как сумма (Это) =(Эмет) +(Эшлак).
то то j j j Для j = 1 принимаем (Эим)0 = (Эпп)0 =(Эмет) =(Эшлак) = (Это)0 = 0.
то то 0 Энергоемкость технологии производства продукта в ТТС определим как энергоемкость полупродукта на выходе из последней технологической стадии:
Эттс = (Эпп)j=N.
Для выбора направлений решения задач интенсивного энергосбережения представляет интерес информация о структуре величины Эттс, а именно:
1) уровень Эттс - энергоемкости технологических отходов ТТС:
то Эттс = (Это)j=N, то как абсолютный, так и отнесенный к Эттс ;
ттс 2) значения Эим - энергоемкости исходных материалов, полученных ТТС из ее окружения, и Эттс - энергоемкости ТЭР, потребленных в ТТС:
тэр ттс ттс Эттс = Эим + Эттс, где Эим = (Эим)j=N.
тэр Представленные соотношения совместно с уравнениями для расчета р, p j j составляют систему уравнений, являющуюся аналитической основой методики определения Этто - энергоемкости технологии производства продукта в ТТО (или энергоемкости технологии в ТТО).
Таким образом, изложены и проиллюстрированы на конкретном примере методические основы решения первой задачи ИЭС, ориентированной на определение энергоемкости технологии производства продукта и выявление структуры энергоемкости.
Новые программные продукты, разработанные для решения указанной задачи, позволяют зафиксировать многоуровневую структуру объекта, описать множество потоков, связывающих элементы объекта между собой. Эти программные продукты легко адаптируются к любым иерархически сложным промышленным объектам и ТТО, повышают эффективность процедуры систематизации и обработки информации о теплотехнологических объектах - составной части процесса решения задач интенсивного энергосбережения.
Проиллюстрирована технология создания имитационной модели ТТО в среде Simulink для реализации методики решения первой задачи ИЭС. Показана перспективность использования имитационного моделирования ТТО в среде Simulink с целью создания эффективных инструментов для решения задач интенсивного энергосбережения.
В четвертой главе изложены теоретические и методические основы разработки тепловых схем идеализированных (термодинамически идеальных) теплотехнологических установок (ИТТУ) и реакторов (ИТТР). Формирование и математическое моделирование тепловых схем ИТТУ необходимы в процессе решения второй задачи ИЭС - задачи определения теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта Э0 и потенциала интенсивного тто энергосбережения в ТТО Эmax.
тто Изложены определения и допущения, используемые при математическом описании ИТТР. Представлен перечень исходных данных, изложен алгоритм определения характеристик температурного графика теплотехнологии с учетом фазовых превращений. Соответственно температурному графику производится разбиение ИТТР на расчетные элементы, для каждого из которых формируются уравнения материального и теплового балансов. Система таких уравнений совместно с аналитическими условиями идеализации составляет математическую модель ИТТР.
Формирование тепловой схемы ИТТУ основывается на классификации теплотехнологических процессов по температурному графику, разработанной профессором А.Д. Ключниковым.
В зависимости от соотношения между температурами: исходного материала in max T, окружающей среды Tо.с, материала максимальной T и для последующеout го использованияT - выделяются четыре группы температурных графиков и соответствующих им теплотехнологических процессов:
in out max in out max Х группа В (T >Tо.с, T = T );
Х группа А (T = Tо.с, T = T );
in out max in out max Х группа Г (T >Tо.с, T < T ).
Х группа Б (T = Tо.с, T < T );
Для случая отсутствия фазовых превращений описанные температурные графики показаны на рис. 2.
Рис. 2. Классификация процессов по температурному графику Любой температурный график теплотехнологического процесса из числа представленных на рис. 2 можно реализовать в рамках нескольких тепловых схем ИТТУ: с регенеративным использованием тепловых отходов; с внешним (энергетическим или технологическим) использованием тепловых отходов; с регенеративным и внешним использованием тепловых отходов. В этой связи возникает задача выбора тепловой схемы ИТТУ. Решение данной задачи, в соответствии с концепцией интенсивного энергосбережения, должно выполняться в рамках поиска глобального минимума Этто - энергоемкости технологии производства продукта в рассматриваемом ТТО.
Структура величины Этто иллюстрируется уравнением тто Этто = Эим + Этто, (1) тэр тто где Эим - энергоемкость исходных материалов, полученных теплотехнологическим объектом из его окружения, Этто - энергоемкость ТЭР, потребленных в тэр ТТО. Регенеративное использование тепловых отходов в ТТУ обеспечивает снижение видимого расхода топлива, в результате уменьшается Этто и, как тэр следствие, Этто. Представляется целесообразным в процессе решения задач интенсивного энергосбережения разрабатывать в первую очередь тепловые схемы ТТУ с глубоким регенеративным использованием тепловых отходов, стремясь таким способом к минимизации потребления ТЭР каждой установкой в составе ТТО. Соответственно для поиска глобального минимума величины Этто следует анализировать тепловые схемы идеализированных аналогов таких установок - тепловые схемы ИТТУ с регенерацией тепловых отходов.
На основе классификации теплотехнологических процессов по температурному графику сформирована совокупность тепловых схем ИТТУ с регенеративным теплоиспользованием и топливным источником энергии, которая должна быть подвергнута расчетному анализу в процессе решения второй задачи ИЭС - задачи определения теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в ТТО.
Рис. 3. Тепловая схема ИТТУ с регенерацией тепловых отходов компонентами горения (кг) и исходным материалом (им) посредством промежуточного теплоносителя (пт):
т - топливо; ок - окислитель; тп - технологический продукт; го - газовые отходы;
гот - газовые отходы технологического процесса; ПКГ, ПТО, ОТО - камеры (зоны) подогрева компонентов горения, предварительной и основной тепловой обработки; ТРО - камера (зона) технологически регламентированного охлаждения; ДТ - элемент диссипации теплоты технологического продукта Для сформированной совокупности тепловых схем созданы математические модели идеализированных аналогов ТТУ. В процессе программной реализации моделей впервые разработаны алгоритмы расчета, которые:
а) являются общими для нескольких типов тепловых схем;
б) обеспечивают поиск условий предельно эффективного использования промежуточного теплоносителя в тепловой схеме с регенерацией тепловых отходов компонентами горения и исходным материалом (рис. 3).
Разработанные алгоритмы расчетного анализа и созданное на их основе программное обеспечение являются в достаточной мере универсальными, т.к.:
а) охватывают значительную долю высокотемпературных теплотехнологий;
б) позволяют определить теоретический минимум энергоемкости производства продукта для любых материалов с произвольным количеством и параметрами фазовых превращений.
Созданный комплекс программ расчета тепловых схем ИТТУ обеспечивает возможность определения глобального минимума расхода топлива для реализации заданного температурного графика теплотехнологии.
Методические подходы к формированию математических моделей тепловых схем ИТТУ и к программной реализации этих моделей составляют достаточную основу для расчетного анализа других тепловых схем высокотемпературных ИТТУ, отличающихся от рассмотренных, а также термовлажностных ИТТУ.
Реализация представленных методов и программных средств решения задач интенсивного энергосбережения и их дальнейшее развитие выполнены в применении к трем разномасштабным объектам высокотемпературных теплотехнологий - комплексу, системе и установке.
В пятой главе выполнено решение ряда задач интенсивного энергосбережения в приложении к теплотехнологическому комплексу (ТТК) производства строительной керамики. Карта энергоматериалопотребления действующего ТТК производства кирпича, содержащая нумерованный перечень технологических стадий, представлена на рис. 4.
В пределах ТТК имеется несколько потоков технологических отходов, один из которых - рециркулирующий. Разработан алгоритм расчета материальных потоков и характеристик энергоемкости, распространенный на случай рециркуляции отдельных потоков.
Энергоемкость технологии производства продукта в ТТК Эттк составляет величину 167,85 кг у.т./т и представляется суммой, выявляющей структуру этой важной характеристики:
ттк ттк Эттк = Эим + Эттк + Эрец, (2) тэр ттк где Эим = 1,4810-3 у.т./т - энергоемкость исходных материалов, получаемых из окружения ТТК; Эттк = 164,916 у.т./т - энергоемкость ТЭР, потребляемых в тэр ттк ТТК; Эрец = 2,933 у.т./т - энергоемкость рециркулирующих потоков технологических отходов. Кроме этого, для выбора мероприятий интенсивного энергосбережения требуется знание величины энергоемкости нерециркулирующих технологических отходов ТТК Эттк = 11,47 у.т./т.
то В результате решена первая задача ИЭС: получена объективная картина использования ТЭР, характеризуемая величиной и структурой энергоемкости технологии производства продукта, динамикой ее изменения по технологическим стадиям комплекса (рис. 5).
Анализ полученных данных приводит к выводу о целесообразности поиска энергосберегающих решений в первую очередь для теплотехнологической системы сушка - обжиг, реализующей основные энергопотребляющие технологические стадии - стадии 5 и 7.
1. Добыча в карьере 2. Транспортировка на завод 3. Подготовка исходного материала 4. Формование изделий, вакуумное прессование, транспортировка к сушилке, укладка на вагонетки 5. Сушка 6. Сортировка. Укладка на печные вагонетки 7. Нагрев, обжиг, охлаждение в печи 8. Выставка кирпича, разгрузка вагонеток, сортировка Рис. 4. Карта энергоматериалопотребления ТТК производства кирпича Рис. 5. Изменение энергоемкости Рис. 6. Укрупненная структурная полупродукта по стадиям ТТК:
схема ТТК j - номер технологической стадии 0,3,0,0,16,57,33,Прир. газ, кг /т 82,Эл. энергия, кВтч/т Диз. топливо, л/т Бензин, л/т Вода, л/т Зола, м /т Опилки, м /т Брак, кг/т Руководствуясь укрупненной структурной схемой ТТК (рис. 6), энергоемкость технологии в ТТК можно наряду с (2) представить в виде ттс Эттк = Эим + Эттс, (3) ттс где Эим = 32,95 кг у.т./т - энергоемкость исходного материала для данной ТТС;
Эттс = 134,90 кг у.т./т - прирост энергоемкости полупродукта в пределах ТТС.
Это позволяет сформулировать два подхода к постановке задачи минимизации энергоемкости технологии в теплотехнологическом комплексе.
ттс Эим min, Глобальная постановка задачи минимизации:
min.
Эттс Объект постановки и решения задачи - весь ТТК, включающий выделенную ТТС. Результат решения - глобальный минимум Эттк.
ттс Эим = const, Локальная постановка задачи минимизации:
min.
Эттс Объект постановки и решения задачи - выделенная ТТС. Результат решения - локальный минимум функции Эттк.
Целесообразно решение задачи минимизации Эттк начинать с локальной постановки, т.е. сосредоточить внимание на ТТС сушка - обжиг. Данный выбор основывается на том, что в этой ТТС основная доля прироста энергоемкости технологии (77,8 % от Эттк ) и весь прирост энергоемкости нерециркулирующих технологических отходов.
Разработаны идеализированные модели обжиговой и сушильной установок.
Посредством этих моделей выполнено исследование теоретического минимума 0 удельного расхода топлива на процесс обжига ( bобж ) и сушки (bсуш ).
Посредством комплекса программ, представленного в главе 4, установлено, что для обжиговой ТТУ экстремальной является тепловая схема с промежуточным теплоносителем (см. рис. 3). Установленная для этой схемы зависимость bобж от содержания Al2O3 в исходном материале показана на рис. 7.
Рис. 7. Зависимость bобж от содержания Al2O3 в исходном материале Исследование модели обжиговой ИТТУ приводит к выводу, что bобж несущественно зависит от температуры обжига, а в первую очередь определяется эндотермическим эффектом превращений оксида алюминия. Для глин, не относящихся к каолинитовой группе, когда учитывается единственный эндотермический эффект - расход теплоты на испарение связанной влаги, оставшейся в кирпиче-сырце, - теоретический минимум расхода топлива составляет bобж = 5 кг у.т./т. Соответственно теоретический минимум энергоемкости технологии в обжиговой ТТУ - 5,84 кг у.т./т.
В приложении к модели сушильной ИТТУ разработан и реализован алгоритм поиска глобального минимума величины bсуш, получена оценка теоретического минимума энергоемкости технологии в сушильной установке - 15,87 кг у.т./(т продукта).
Результаты выполненных исследований позволяют сформировать совокупность данных, являющихся решением второй задачи ИЭС для теплотехнологического комплекса: теоретический минимум энергоемкости технологии в ТТК (21,71 кг у.т./т), потенциал интенсивного энергосбережения ( Эmax = 146,14 кг ттк у.т./т), коэффициент полезного использования энергии первичного топлива в ТТК (12,9 %). Следовательно, теплотехнологический комплекса обладает значительными резервами энергосбережения.
Традиционно применяемый показатель энергоэффективности - коэффициент полезного использования энергоносителя на участке сушкаЦобжиг - составляет 53%. Близкий по смыслу показатель, используемый в методологии решения задач ИЭС, - коэффициент полезного использования энергии в пределах внутренних границ окружения ТТС сушкаЦобжиг, - составляет существенно меньшую величину: 16,1%. Это позволяет сделать вывод, что методология решения задач ИЭС вскрывает бльшие резервы энергосбережения в ТТО.
На долю ТТС сушка - обжиг приходится 77,5 % от Эmax (рис. 8), а на доттк лю только обжиговой ТТУ - 61,5 % от Эmax, при этом коэффициент полезного ттк использования энергии в ТТУ обжига, составляющий КПИобж = 6,1 %, в 6,6 раз тту меньше, чем в ТТУ сушки, где КПИсуш = 40,5%. Следовательно, наибольшие ретту зервы энергосбережения скрыты в высокотемпературной установке - обжиговой ТТУ, и пути реализации выявленных резервов целесообразно искать посредством разработки перспективных моделей обжиговых установок.
Рис. 8. Распределение потенциала ИЭС по элементам ТТК:
1 - потенциал ИЭС, относящийся ко всему ТТК; 2 - потенциал ИЭС, относящийся к системе сушка - обжиг; 3 - потенциал ИЭС, относящийся к элементу системы - обжиговой установке Разработанные и проиллюстрированные методические подходы к оценке фактического уровня энергоемкости технологии в ТТК и ее теоретического минимума могут быть использованы в энергетическом анализе аналогичных теплотехнологических объектов при оценке потенциала интенсивного энергосбережения и разработке мероприятий по его реализации.
С целью поиска путей реализации выявленного потенциала ИЭС посредством исследования перспективных моделей ТТК разработана математическая модель туннельной обжиговой печи.
В модели принято, в частности, что теплоперенос в массе материала (садки) и вагонетки описывается уравнением энергии T T T с = ;
+ + S (4) x x y y в ограждении туннеля - процесс одномерной стационарной теплопроводности;
внутренняя поверхность элемента ограждения участвует в радиационноконвективном теплообмене с газовым потоком и в радиационном теплообмене с обращенной к этому элементу поверхностью садки.
Расчет внутреннего теплообмена в садке, вагонетке и элементах ограждения выполняется методом контрольного объема по полностью неявной схеме. При итерационном уточнении температурного поля в садке и вагонетке используется метод переменных направлений.
Программная реализация модели ориентирована на выполнение поверочного расчета печи, вследствие чего обеспечивается возможность решить следующие задачи:
1) при заданных исходных режимных и конструктивных параметрах печи рассчитать распределение температуры газов по длине печного канала и оценить степень соответствия расчетных результатов регламентному температурному графику;
2) повысить указанную степень соответствия, изменяя совокупность значений основных локальных (позиционных) характеристик работы печи:
Ц распределение суммарного расхода топлива по позициям;
Ц расход воздуха, вводимого в зону охлаждения;
Ц расход воздуха, вдуваемого в какую-либо позицию, номер этой позиции;
Ц расход газа, отбираемого из какой-либо позиции, номер этой позиции.
Попутно в результате решения этих задач устанавливаются значения дополнительных локальных характеристик работы печи: температурного поля материала Tм, вагонетки; температурного поля газа Tгаз по длине печи; составляющих уравнения теплового баланса позиции; температуры внутренних и наружных поверхностей элементов ограждения печного канала.
Разработанная программа защищена свидетельством о государственной регистрации. В процессе программной реализации модели создана совокупность классов - программных продуктов, имеющих универсальный характер и широкую область применения в области расчетного исследования топливных высокотемпературных установок. Эти программные продукты использованы при разработке перспективных моделей ТТУ в других теплотехнологических комплексах.
Для описания внутреннего теплообмена в садке туннельных печей с объемной укладкой материала предложен новый подход: теплообмен во внутренних каналах садки учитывается в (4) через источниковый член S = v(Tгаз - Tм), где v - коэффициент объемной теплоотдачи в садке, Вт/(м3К).
Математическая модель туннельной печи для производства строительного кирпича, использующая данный подход, позволяет получить детальную картину тепловой работы печи и после идентификации может быть использована для разработки энергосберегающих мероприятий.
Задача параметрической идентификации модели туннельной печи формулируется следующим образом: определить значения ряда параметров модели (калибровочных коэффициентов), обеспечивающие удовлетворительное соответствие расчетных данных результатам теплотехнического испытания действующей печи.
Калибровочными коэффициентами являются v, а также коэффициенты газоплотности зон подогрева и обжига k1, зоны охлаждения k2. Критерий идентичности - минимум среднего отклонения (по модулю) расчетной средней температуры газа от определенной в эксперименте температуры газа в зонах подогрева и обжига N расч эксп газ = Tгаз (i)- Tгаз (i) min N i=при ограничении расчетной скорости охлаждения материала в зоне охлаждения расч max wохл wохл и строгом равенстве ряда расчетных и экспериментальных данных (суммарный расход топлива и др.). Здесь N = 30 - количество позиций в расч эксп ( ) ( ) зонах подогрева и обжига; Tгаз i, Tгаз i - расчетная и определенная в эксперименте средняя температура газового потока на выходе из i-й позиции, К;
max wохл - экспериментально установленная максимально допустимая скорость охлаждения материала, оС/ч. В качестве дополнительного критерия идентичности используется N расч регл м = Tм (i)- Tм (i) - N i=среднее отклонение (по модулю) расчетной средней температуры материала от регламентной в зонах подогрева и обжига.
Величины газ и м зависят от распределения по позициям потоков топлива, окислителя, вдува и отбора (функций B(i), Vок (i), Vвдув (i), Vотб (i), где i - номер позиции).
Разработан и реализован алгоритм идентификации математической модели, в котором для поиска минимума многомерной функции газ использовано сочетание двух прямых методов оптимизации: метода Хука - Дживса, называемого также методом конфигураций, и метода полиномиальной аппроксимации.
Установлено, что в области искомого минимума зависимость газ от v и kпри k1 = 2,2 описывается полиномом газ(x, y)= a0 + a1x + a2 y + a3xy + a4x2 + a5y2 + a6 x + a7 y ;
(5) x = v 100 ; y = kсо среднеквадратичным отклонением 2% (рис. 9). Функция (5) относится к классу овражных: минимум располагается в овраге с пологим дном и крутыми стенками.
а) б) Рис. 9. Общий вид (а) и линии уровня (б) функции газ в области минимума о max Минимальное значение газ = 33 С (или 3,4% от Tгаз ) наблюдается при max v = 130 Вт/(м3К), при этом м = 34 оС (или 3,8% от Tм ). Накопление информации о зависимости v от конструктивных и режимных параметров печей позволит получить аналитическое выражение указанной зависимости.
Сформулирована задача параметрической оптимизации туннельной печи: при неизменных конструктивных параметрах и производительности печи, а также установленных в процессе идентификации модели значениях калибровочных коэффициентов v, k1, k2 найти распределения по позициям потоков топлива, окислителя, вдува и отбора, обеспечивающие одновременное выполнение технологического условия оптимальности под + обж м м ср = min м Nпечь и энергетического условия оптимальности Bпечь = B (i) min i=при ограничении на величину расчетной скорости охлаждения материала в зоне расч max охлаждения wохл wохл. Здесь под, обж - отклонение (по модулю) расм м четной средней температуры материала от регламентной, осредненное по позициям соответственно зон подогрева и обжига; Bпечь, Nпечь - суммарный расход топлива на печь, количество позиций в печи.
Разработан алгоритм решения поставленной задачи. Вследствие ее многофакторности ядром алгоритма является реализация плана Плакетта - Бермана для факторов, предусматривающего выполнение 20 расчетных экспериментов на математической модели печи. Поиск области выполнения условий оптимальности в пространстве 17 факторов осуществляется посредством градиентного метода.
Разработанный алгоритм параметрической оптимизации туннельной печи на основе идентифицированной математической модели обеспечивает достаточную достоверность исследования перспективных моделей ТТУ, в которых предусмотрены те или иные энергосберегающие мероприятия.
Путем многократной реализации процедуры параметрической оптимизации выполнено исследование ряда перспективных моделей ТТУ (табл. 1) в составе рассматриваемого ТТК (рис. 10).
Рис. 10. Режимные параметры перспективных моделей обжиговой ТТУ в зависимости от расхода воздуха, отбираемого из зоны охлаждения Таблица Индексация перспективных моделей ТТУ (к рис. 10, 11) Индекс в зависимости от уровня газоплотности Мероприятия Исходный Повышенный Предельный I. Нет (базовый вариант) II. Оптимизация ТТУ 2 5 без изменения конструкции III. Повышение термического сопротивления транспортного оборудования ТТУ IV. Повышение термического сопротивления ограждения ра- 4 6 бочего пространства и транспортного оборудования ТТУ Выявлены направления достижения высокой степени реализации потенциала интенсивного энергосбережения - до 85% в обжиговой ТТУ и до 52% в ТТК (рис. 11). Полученные результаты:
- обеспечивают одновременное выполнение требований технологии и интенсивного энергосбережения;
- позволяют оценить степень реализации потенциала энергосбережения в каждой из перспективных моделей;
- содержат сведения о совокупности конструктивных и режимных параметров печи, обеспечивающих энергосберегающий эффект;
- дают количественную основу для выбора направлений совершенствования энергоиспользования в обжиговой установке и ТТК в целом.
Рис. 11. Зависимость коэффициента использования потенциала ИЭС в ТТК и обжиговой ТТУ от варианта перспективной модели В шестой главе последовательно реализованы все этапы алгоритма решения задач интенсивного энергосбережения для действующего объекта - металлургической теплотехнологической системы переработки лома в стальную проволоку.
В систему входят дуговая сталеплавильная печь, нагревательная и термические печи, ванны щелочного и кислотного травления. Сформирована структурная модель системы, установлены количественные характеристики ее компонентов - температурные и тепловые графики, карта энергоматериалопотребления.
На основе программной реализации и исследования модели решена первая задача ИЭС: установлена энергоемкость технологии в системе Эттс = 1323 кг у.т./т.
Анализ структуры энергоемкости приводит к выводу, что система характеризуется высоким уровнем собственного потребления ТЭР (69,1% в составе Эттс ), вместе с тем значительный удельный вес в Эттс приходится на технологические отходы (37,8%). Следовательно, система характеризуется значительной долей непроизводительного расхода энергетических и материальных ресурсов.
Выполненные исследования показывают, что разработанная в рамках решения второй задачи ИЭС модель системы с идеализированными установками и экстремальной тепловой схемой характеризуется высоким уровнем регенеративного использования тепловых отходов.
В результате исследования установлены теоретический минимум энергоемкости технологии в системе Э0 = 356,9 кг у.т./т и потенциал интенсивного энерттс госбережения в ТТС - Эmax = Эттс - Э0 = 1323 - 356,9 = 966,1 кг у.т./т.
ттс ттс Величину Эmax целесообразно представить как сумму ттс max ттс ттс Эmax = Эmax + Эим, где Эmax = Эттс -(Эттс), Эmax = Эим -(Эим ).
ттс тэр тэр тэр тэр им Здесь Эmax - потенциал экономии ТЭР, расходуемых в ТТС, Эmax - потентэр им циал экономии ТЭР, расходуемых на исходные материалы для ТТС. Структура потенциала интенсивного энергосбережения в ТТС и составляющих этого потенциала проиллюстрирована на рис. 12.
Рис. 12. Структура энергоемкости технологии в действующей ТТС (а), в идеализированной ТТС (б), а также структура потенциала интенсивного энергосбережения (в) Рис. 13. Распределение потенциала интенсивного энергосбережения Первая составляющая потенциала ИЭС в ТТС - величина Эmax - относится тэр непосредственно к системе. Вторая составляющая - Эmax =158,7 кг у.т./т или им 16,4 % от Эmax - относится к элементам окружения системы (рис. 13), она проттс является благодаря изменениям только в ТТС без каких-либо изменений в технологических объектах, составляющих окружение. Интенсивное энергосбережение в ТТС оказывает положительное влияние на уровень энергопотребления в окружении ТТС благодаря связям между системой и окружением.
Таким образом, область, для которой выявлен потенциал интенсивного энергосбережения, не ограничивается пределами ТТС, немалая доля этого потенциала - 16,4 % - приходится на окружение рассматриваемого объекта. Это свидетельствует о важности постановки и решения задач интенсивного энергосбережения в пределах внешних границ окружения конкретного объекта - в границах замкнутого теплотехнологического комплекса.
Критерии энергетической эффективности действующей теплотехнологии:
а) коэффициент полезного использования энергии (КПИ энергии) в пределах внешних границ окружения ТТС (т.е. в системе ТТС плюс окружение или в границах замкнутого теплотехнологического комплекса) КПИттс =100Э0 Эттс = 100356,9/1323 = 27,0 %;
ттс б) КПИ энергии в пределах внутренних границ окружения ТТС (т.е. в системе ТТС) КПИвнутр =100(Эттс) Эттс = 100106,2/913,6 = 11,6 %.
ттс тэр тэр Величины Эттс и Э0 включают в себя энергоемкость исходных материалов ттс (или удельный расход переходящего первичного топлива), т.е. энергоиспользование за пределами ТТС, тогда как в формуле для КПИвнутр величины Эттс и ттс тэр (Эттс) характеризуют энергоиспользование именно в рамках ТТС. Это и являтэр ется причиной существенного различия КПИттс и КПИвнутр.
ттс По сравнению со значением КПИвнутр = 11,6% традиционно применяемый ттс коэффициент полезного использования суммарного энергоносителя в системе составляет величину существенно бльшую: 27,8%. Отсюда следует, что методология решения задач ИЭС позволяет выявить более масштабный потенциал энергосбережения.
При переходе от действующей ТТС к идеализированному аналогу снижение ттс Эттс имеет опережающий темп по сравнению со снижением Эим :
тэр Действующая ТТС Идеализированный аналог ттс Эттс Эим :
2,2 0,тэр Следовательно, приближение к установленному ориентиру - идеализированному аналогу действующей системы - потенциально обладает эффектом, который можно квалифицировать как интенсивное энергосбережение. Своеобразными вехами на пути от действующей системы к ее идеализированному аналогу являются перспективные модели объекта.
В рамках решения третьей задачи ИЭС отобрана совокупность мероприятий интенсивного энергосбережения и на их основе сформирован ряд перспективных моделей системы. Сформулирована задача ранжировки перспективных моделей, изложен алгоритм решения данной задачи.
Рис. 14. Перспективная модель ТТС № 5 (см. табл. 2) в среде Simulink Реализация алгоритма средствами визуального программирования в среде Simulink (рис. 14) позволила установить очередность освоения мероприятий с целью интенсивного энергосбережения в системе.
Таблица Характеристики исходной ТТС и перспективных моделей ттс Номер Эттс Эттс Эим Эттс КПИттс КПИвнутр Пi Пi то тэр ттс модели кг/т кг/т кг/т % % % % кг/т 0 1323 499,9 409,4 913,6 27,0 11,6 0 - 1 965,8 310,9 370,1 595,7 37,0 17,8 37,0 37,2 769,2 279,6 370,1 399,1 46,4 26,6 57,3 20,3 589,0 270,8 370,1 218,9 60,6 48,5 76,0 18,4 468,9 91,1 278,0 190,9 76,1 55,6 88,4 12,5 356,9 43,1 250,7 106,2 100 100 100 11,Примечания: 0 - исходное состояние ТТС; 1Ц замена электрического источника энергии на топливный в плавильном процессе; 2 - то же плюс горячий посад в нагревательную и термическую печи; 3 - то же плюс замена электрического источника энергии на топливный в заключительной термообработке; 4 - то же плюс исключение потерь металла с браком, обрезью; 5 - то же плюс исключение потерь металла с угаром В табл.2 приведены показатели перспективных моделей, в том числе Пi - коэффициент использования потенциала ИЭС в i-й перспективной модели и Пi - прирост коэффициента использования потенциала ИЭС при переходе к i-й перспективной модели от предшествующей (i-1)-й:
Пi =100(Эисх -(Эттс) ) Эmax, Пi =100((Эттс) -(Эттс) ) Эmax.
ттс ттс ттс i i-1 i Первоочередными являются замена электрического источника энергии на топливный в плавильном процессе, а также горячий посад в нагревательную и термическую печи.
В результате определен своего рода энергетический сценарий развития теплотехнологического объекта на основе разработки и ранжирования совокупности его перспективных моделей, что является решением важной научной и практической задачи.
Выполнена разработка элементов перспективных моделей системы.
Создана математическая модель компактного регенератора, входящего в состав регенеративных горелок. Модель характеризуется надежностью работы в широком диапазоне варьирования факторов, позволяет изучить взаимосвязь конструктивных и режимных параметров регенератора. Она может служить эффективным инструментом при разработке регенеративных горелок и теплотехнологических установок, оснащенных такими горелками.
В ходе исследования идеализированного аналога термической установки выявлены резервы значительного снижения топливопотребления на основе регенерации теплоты технологического продукта. На этой основе разработана перспективная модель установки для термообработки длинномерных изделий. Результаты разработки защищены авторским свидетельством. Расчетное исследование тепловой работы установки подтверждает возможность снижения удельного расхода топлива до 6Ц7 кг у.т./т, что обеспечивает существенный энергосберегающий эффект.
Углубленная проработка и последовательная детальная реализация всех этапов алгоритма решения задач интенсивного энергосбережения для действующего теплотехнологического объекта повышают практическую значимость работы.
Седьмая глава посвящена решению задач ИЭС для плавильной теплотехнологической установки (ТТУ) - ванной стекловаренной печи с топливным источником энергии, - широко используемой в теплотехнологиях производства листового и тарного стекла, стекловолокна, специальных стекол и других продуктов. Рассмотрены следующие задачи интенсивного энергосбережения:
Ц определение энергоемкости технологии производства полупродукта в ТТУ;
Ц определение теоретического минимума энергоемкости технологии производства полупродукта и прогноз потенциала интенсивного энергосбережения;
Ц разработка перспективной модели теплотехнологического оборудования нового поколения.
Для стекловаренной установки в системе производства стекловолокна сформирована структурная модель, включающая в себя технологическую и тепловую схемы, температурные графики теплотехнологии (рис. 15), характеристики энергопотребления (табл. 3). В результате решения первой задачи ИЭС установлена энергоемкость потребляемых ТЭР - 483,1 кг у.т./т.
Рис. 15. Температурный график технологического процесса в стекловаренном ТТР:
- температура k-го фазового превращения; ТД - камера (зона) технологической Tf (k) дообработки Решение второй задачи ИЭС выполнено посредством разработки, программной реализации и исследования структурных моделей идеализированных аналогов стекловаренной установки. Определена зависимость b0 - теоретического минимума удельного видимого расхода топлива от массовой доли стеклобоя для различных тепловых схем ИТТУ (рис. 16).
Таблица Характеристики топливных стекловаренных ТТУ Технологический Стекло- Тарное стекло продукт волокно Производительность 4,5 16 250 250 250 250 3ТТУ, т/сутки Массовая доля стек- 0 0 0 0,30 0,30 0,70Ц 0,0,лобоя mстб 54,2 67,3 54,7 55,7 45,Qо.г, % 28,1 16,4 13,2 11,5 16,Qо.с, % Удельный расход 333 414 215 143 221 118 1топлива b, кг у.т./т 23,6 20,9 47,8 49,6 54,КПД, % Примечания: Qо.г - теплота отходящих газов; Qо.с - потери теплоты в окружающую среду; КПД - коэффициент полезного действия Рис. 16. Зависимость bот массовой доли стеклобоя: 1 - тепловая схема с регенерацией Qо.г компонентами горения;
2 - тепловая схема с промежуточным теплоносителем (см. рис. 3) Альтернативный вариант определения b0 через qтеор - теоретическое количество теплоты, требуемое для получения стекломассы из исходного материала, кДж/кг стекломассы, - дает завышенный результат и не учитывает влияние Tпп - температуры полупродукта после студки расплава. Зависимость b0 от Tпп может быть учтена только при расчете тепловых схем ИТТУ, в ходе которого и определяется уровень b0.
Установлены глобальный минимум энергоемкости ТЭР, потребляемых ТТУ (74,5 кг у.т./т), потенциал интенсивного энергосбережения (408,6 кг у.т./т), а также коэффициент полезного использования энергии первичного топлива (15,4%). При этом традиционно определяемый КПД установки заметно больше:
24,8%. Следовательно, в рамках решения задач ИЭС получается более строгая оценка энергетической эффективности ТТО.
Полученные результаты формируют объективную картину использования топливно-энергетических ресурсов в теплотехнологическом объекте. Анализ этой картины приводит к выводу, что рассматриваемая ТТУ обладает существенным потенциалом энергосбережения, и необходим поиск путей реализации выявленного потенциала посредством разработки перспективных моделей стекловаренной установки.
На основе анализа вариантов перспективных моделей ТТУ выбрана установка, включающая в свой состав плавильную камеру с перфорированным слоем материала (ПКПС). Данная камера, согласно известным результатам исследований, способна обеспечить высокий уровень теплотехнического и экологического совершенства плавильного процесса. Это дает основание отнести плавильную камеру с перфорированным слоем к числу перспективных моделей нового поколения плавильных установок и одновременно указывает на целесообразность дальнейшей разработки ПКПС для промышленного освоения камеры в различных теплотехнологиях, основанных на плавильных процессах.
Плавильная камера с перфорированным слоем (рис. 17) представляет собой прямоугольный параллелепипед с габаритными размерами Lx, Ly, Lz. Боковые стенки камеры выполнены из теплоизоляционного материала толщиной coat.
Они образуют вертикальный канал, по которому сверху вниз движется перфорированный слой обрабатываемого материала.
Рис. 17. Расчетная схема ПКПС:
ИМ - исходный материал;
ПП - полупродукт; ВГ - высокотемпературные газы (на входе в ПКПС); ОГ - отходящие газы Периферийная оболочка слоя состоит из стенок с толщинами w, e, f и b. В центральной - перфорированной - части сечения слоя имеются одинаковые прямоугольные сквозные каналы в количестве ncanal шириной canal по оси 0z. Они равномерно распределены по поперечному сечению камеры и разделены перегородками из обрабатываемого материала толщиной wall. По этим каналам в противотоке с материалом движутся снизу вверх греющие газы.
Плавильная зона камеры имеет высоту Lmelt. В пределах этой зоны западная (в плоскости y0z) теплоизолирующая стенка камеры отсутствует. В плавильной зоне имеет место радиационно-конвективный теплообмен, тогда как в каналах вышерасположенной нагревательной зоны теплообмен преимущественно конвективный.
Впервые разработанная трехмерная математическая модель ПКПС по сравнению с аналогами в большей мере приближена к реальной картине процесса тепломассопереноса в камере, обеспечивает получение уточненной и более детальной информации о режимных характеристиках ПКПС, их связи с конструктивными характеристиками камеры. Разработанная программа защищена свидетельством о государственной регистрации.
Исследована энергетическая и технологическая эффективность ПКПС. Показателем технологической эффективности выбрана mр - массовая доля расплава в полупродукте (на выходе из камеры), а энергетическая эффективность характеризуется коэффициентом регенерации тепловых отходов max рег = (Qпп - Qи.м) Qт.о, где Qпп, Qи.м - тепловой поток с полупродуктом и max исходным материалом; Qт.о - потенциал регенерации тепловых отходов.
Варьируемые параметры - производительность P и отношение теплоемкостей потоков газа и материала W. Исследование выполнено для камеры с габаритами Ly = 3 м, Lx = 0,7 м, Lz = 0,9 м, массовой долей перегородок в перфорированном слое 0,53.
Установлена возможность достижения в ПКПС высокого уровня коэффициента регенерации тепловых отходов рег - более 80Ц90 % (рис. 18). Впервые выявлена слабая зависимость рег от производительности. Эти результаты дают основание оценить плавильную камеру с перфорированным слоем как энергоэффективный регенеративный элемент тепловой схемы плавильной установки - перспективную модель оборудования нового поколения.
1 - 3,55 т/сутки 2 - 4,50 т/сутки 3 - 6,40 т/сутки 4 - 7,35 т/сутки 5 - 8,30 т/сутки Рис. 18. Энергетическая и технологическая эффективность ПКПС Разработанная математическая модель ПКПС позволяет провести масштабное комплексное исследование области энергоэффективного использования данного технического решения в высокотемпературных теплотехнологиях, выполнить оптимизацию конструктивных и режимных параметров камеры, получить необходимую информацию для проектирования и промышленного освоения установки, содержащей ПКПС в составе теплотехнической схемы.
Посредством программного комплекса Fluent реализована математическая модель нагревательной зоны ПКПС. В модели решается система уравнений Навье - Стокса и уравнения энергии, используется k- -модель турбулентности. Установлена и впервые оценена неравномерность распределения массового расхода газа по каналам: в исследованных условиях массовый расход газа по центральному каналу на 16% превышает аналогичную величину для периферийного канала.
Впервые разработана математическая модель плавильной зоны ПКПС, учитывающая изменение реологических свойств материала при его нагреве и плавлении. Модель разработана для цилиндрической конфигурации зоны (рис. 19, а).
Уравнение движения для материала имеет вид w w w rw + ru = gr + r , z r r r где w(r, z), u(r, z)Ц осевая и радиальная скорости.
Рис. 19. Расчетная схема плавильной зоны камеры:
а) в размерных координатах rЦz;
б) в безразмерных а) б) координатах - ;
слой 1 - слой движущегося материала; слой 2 - слой неподвижной изоляции Особенностью расчетной области является переменность радиуса внутренней поверхности ri и толщины слоя материала = rb - ri по высоте зоны z, причем функция ri = ri (z) - искомая. Осуществлен переход в новую систему координат - (рис. 19, б), чем достигнуто совмещение координатных линий с физическими границами. Однако задача становится неортогональной, что существенно усложняет дискретизацию уравнений энергии и движения при реализации метода контрольного объема.
R = (r - ri(z)) (z) D = (z) (0) W = w(r, z) wм Н = z L 1- Н = 0,2 - Н = 1,Рис. 20. Скоростное поле и относительная толщина слоя материала в плавильной зоне ПКПС В ходе исследования модели зоны установлены ее геометрические, скоростные и температурные характеристики (рис. 20). Выявлено, что плавильная зона камеры способна работать практически без потерь теплоты в окружающую среду через боковое ограждение камеры: коэффициент регенерации материалом указанных тепловых потерь более 99 %. Это подтверждает эффективность ПКПС как энергосберегающего оборудования.
Посредством модели плавильной зоны ПКПС оценена правомерность некоторых допущений, используемых в расчетных исследованиях движения пленки расплава по вертикальной охлаждаемой стенке в условиях плавильной камеры.
Подтверждена допустимость рассмотрения движения материала как движения, близкого к равномерному. Вместе с тем может быть не всегда оправданным допущение, что существует четкая граница между вязкопластичным и квазитвердым слоями материала, определяемая по конкретному значению динамической вязкости.
Разработан ряд вопросов, связанных с промышленным освоением плавильной камеры с перфорированным слоем. Предложенные технические решения по организации перфорированного слоя в процессе работы камеры и формированию перфорированного слоя в камере в предпусковой период защищены тремя патентами на изобретения и патентом на полезную модель.
Перспективная модель стекловаренной установки с ПКПС характеризуется степенью реализации потенциала интенсивного энергосбережения 67,7 % и значением КПИ 36,1%, что превышает аналогичный показатель действующей печи - 15,4 % - более чем вдвое.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В результате выполнения диссертационной работы решена важная научная проблема создания методологии решения задач интенсивного энергосбережения в высокотемпературных теплотехнологических объектах энергоемких отраслей промышленного производства.
Основными результатами работы являются:
1. Выполненный анализ подходов к решению проблемы энергосбережения в теплотехнологических объектах позволил выбрать в качестве методологической базы концепцию интенсивного энергосбережения и выделить в ее рамках совокупность задач энергетики теплотехнологии - задач интенсивного энергосбережения.
Разработаны алгоритмы решения задач интенсивного энергосбережения (задач ИЭС) как для действующих, так и для вновь создаваемых теплотехнологических объектов (ТТО). Алгоритмы содержат ряд идентичных по содержанию этапов, в частности, этапы определения энергоемкости технологии производства продукта в теплотехнологическом объекте, его идеализированном аналоге и в вариантах перспективных моделей ТТО. Проведенные исследования позволяют заключить, что методы выполнения указанных этапов имеют достаточно общий характер, а результаты разработки и программной реализации этих методов отличаются универсальностью и широкой областью применения.
2. Разработаны методические основы решения задачи определения энергоемкости технологии производства продукта и выявления ее структуры. Новые программные продукты для решения указанной задачи повышают эффективность процедуры систематизации и обработки информации о теплотехнологических объектах.
3. Разработаны методические основы формирования математических моделей идеализированных теплотехнологических установок (ИТТУ). Сформирована совокупность тепловых схем ИТТУ, которая должна быть подвергнута анализу в процессе решения задачи определения теоретического минимума энергоемкости технологии производства продукта и потенциала интенсивного энергосбережения в ТТО.
Впервые разработанные алгоритмы расчета являются общими для нескольких типов тепловых схем ИТТУ. Созданное на основе этих алгоритмов программное обеспечение в достаточной мере универсально, т.к. охватывает значительную долю высокотемпературных теплотехнологий и применимо для анализа тепловой обработки материалов с различным количеством и параметрами фазовых превращений.
4. Реализация методов и программных средств решения задач интенсивного энергосбережения, их дальнейшее развитие выполнены в применении к трем разномасштабным объектам высокотемпературных теплотехнологий - комплексу, системе и установке.
Для теплотехнологического комплекса (ТТК) производства строительной керамики разработан алгоритм расчета материальных потоков и характеристик энергоемкости с учетом рециркуляции отдельных потоков. Установлена величина и структура энергоемкости технологии производства продукта, динамика ее изменения по технологическим стадиям комплекса.
Сформулированы глобальная и локальная постановки задачи минимизации энергоемкости технологии в ТТК, предложен подход к выбору очередности решения задач минимизации.
Разработаны идеализированные модели элементов ТТК, исследованием которых установлено: теоретический минимум энергоемкости технологии в ТТК (на тонну продукта) - 21,71 кг у.т./т, потенциал интенсивного энергосбережения - 146,14 кг у.т./т, коэффициент полезного использования энергии первичного топлива (КПИ) - 12,9 %. Наибольшие резервы энергосбережения скрыты в высокотемпературной установке - обжиговой ТТУ.
С целью решения одной из задач ИЭС - поиска путей реализации потенциала интенсивного энергосбережения на основе исследования перспективных моделей - разработана математическая модель туннельной обжиговой печи с объемной укладкой материала. В процессе программной реализации модели создана совокупность классов - программных продуктов, имеющих универсальный характер и широкую область применения.
Для описания внутреннего теплообмена в садке предложен новый подход:
ввод в уравнение энергии источникового члена, содержащего коэффициент объемной теплоотдачи v. Разработан и реализован алгоритм идентификации математической модели, позволяющий определить величину v.
Сформулирована задача параметрической оптимизации туннельной печи с использованием технологического и энергетического условий оптимальности.
Разработан и реализован алгоритм оптимизации на основе идентифицированной математической модели. Исследованием ряда перспективных моделей системы сушка - обжиг в составе теплотехнологического комплекса выявлены направления реализации потенциала ИЭС.
5. Последовательно реализованы этапы алгоритма решения задач интенсивного энергосбережения для действующего объекта - металлургической теплотехнологической системы (ТТС) производства стальной проволоки.
Установлена энергоемкость технологии в системе - 1323 кг у.т./т. Разработана модель системы с термодинамически идеальными установками и экстремальной тепловой схемой. Установлены теоретический минимум энергоемкости технологии в системе - 356,9 кг у.т./т и потенциал интенсивного энергосбережения - 966,1 кг у.т./т. Немалая доля потенциала - 16,4 % - приходится на окружение системы. Это свидетельствует о важности постановки и решения задач ИЭС в пределах внешних границ окружения конкретного ТТО - в границах замкнутого теплотехнологического комплекса.
Сформулирована задача ранжировки перспективных моделей системы, изложен и реализован алгоритм ее решения. В результате определен своего рода энергетический сценарий развития теплотехнологического объекта.
Разработана перспективная модель элемента системы - энергосберегающая установка для термообработки длинномерных изделий, обеспечивающая снижение удельного расхода топлива до 6Ц7 кг у.т./т. Результаты разработки защищены авторским свидетельством.
6. Для плавильной теплотехнологической установки - стекловаренной ТТУ в системе производства стекловолокна - в результате решения задач ИЭС установлены энергоемкость ТЭР, потребляемых в ТТУ, - 483,1 кг у.т./т, ее глобальный минимум - 74,5 кг у.т./т, потенциал интенсивного энергосбережения - 408,кг у.т./т и КПИ - 15,4%. Для реализации потенциала ИЭС из совокупности перспективных моделей выбрана установка, включающая в свой состав плавильную камеру с перфорированным слоем материала (ПКПС).
Впервые разработана трехмерная математическая модель ПКПС, по сравнению с аналогами в большей мере приближенная к реальной картине процесса тепломассопереноса в камере. Установлена возможность достижения в ПКПС высокого уровня коэффициента регенерации тепловых отходов рег - более 80Ц 90 %. Впервые выявлена слабая зависимость рег от производительности. Эти результаты дают основание рассматривать ПКПС как перспективную модель оборудования нового поколения.
Впервые разработана математическая модель плавильной зоны ПКПС, учитывающая изменение реологических свойств материала. Установлено, что плавильная зона ПКПС способна работать практически без потерь теплоты в окружающую среду через боковое ограждение камеры.
Высокая степень реализации потенциала интенсивного энергосбережения (67,7 %) и возрастание более чем вдвое значения КПИ - с 15,4 % до 36,1 % - по сравнению с исходным вариантом свидетельствуют о том, что перспективная модель стекловаренной установки с ПКПС является эффективным решением проблемы энергосбережения в стекловаренных ТТУ.
Разработан ряд вопросов промышленного освоения ПКПС. Предложенные технические решения защищены патентами на изобретения и полезные модели.
7. Во всех рассмотренных теплотехнологических объектах методология решения задач ИЭС приводит к более низким значениям характеристик энергетической эффективности по сравнению с традиционно используемыми показателями.
Это позволяет сделать вывод, что разработанная методология решения задач ИЭС вскрывает бльшие резервы энергосбережения в ТТО, стимулируя тем самым поиск путей реализации этих резервов.
8. Методология решения задач интенсивного энергосбережения нашла применение в научно-исследовательских и проектно-конструкторских работах, реализованных в промышленности, что подтверждает ее продуктивность и востребованность.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ ИТТО - идеализированный теплотехнологический объект; ИТТР - идеализированный теплотехнологический реактор; ИТТУ - идеализированная теплотехнологическая установка; ИЭС - интенсивное энергосбережение;
КПИ - коэффициент полезного использования энергии первичного топлива в теплотехнологическом объекте; ПКПС - плавильная камера с перфорированным слоем технологического материала; ТТК - теплотехнологический комплекс;
ТТО - теплотехнологический объект; ТТР - теплотехнологический реактор;
ТТС - теплотехнологическая система; ТТУ - теплотехнологическая установка;
ТЭР - топливно-энергетические ресурсы; у.т. - условное топливо; Этто, Э0 - тто энергоемкости технологии производства продукта соответственно в реальном теплотехнологическом объекте и в его идеализированном аналоге ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:
1. Попов С.К. Использование первичной энергии и интенсивное энергосбережение в производственной системе переработки лома на мелкосортный прокат / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Сталь. - 1991. - № 3. - С. 85Ц89.
2. Попов С.К. Разработка и использование математических моделей туннельных печей // Стекло и керамика. - 1995. - № 3. - С. 16Ц17.
3. Попов С.К. Программный комплекс для энергодиагностики туннельных печей / С.К. Попов, О.Л. Русов // Стекло и керамика. - 1997. - № 4. - С.
14Ц16.
4. Попов С.К. Направления энергетической модернизации вращающейся печи / С.К. Попов, Л.Н. Сидельковский // Промышленная энергетика. - 1997. - № 6. - С. 17Ц18.
5. Попов С.К. Разработка вращающейся печи в системе производства комплексных удобрений / С.К. Попов, Л.Н. Сидельковский // Промышленная энергетика. - 2001. - № 9. - С. 42Ц44.
6. Попов С.К. Математическая модель компактного регенератора // Промышленная энергетика. - 2001. - № 10. - С. 39Ц40.
7. Попов С.К. Математическая модель плавления движущегося полого цилиндра в условиях плавильной камеры с перфорированным слоем // Вестник МЭИ. - 2002. - № 3. - С. 56Ц63.
8. Гашо Е.Г. О комплексной рационализации распределенных систем теплоэнергоснабжения промышленных комплексов / Е.Г. Гашо, С.К. Попов, // Вестник МЭИ. - 2005. - № 1. - С. 21Ц27.
9. Попов С.К. Плавильная камера с перфорированным слоем технологического материала / С.К. Попов, Ю.К. Иванов // Стекло и керамика. - 2005.
Ц № 12. - С. 37Ц40.
10. Попов С.К. Разработка и идентификация математической модели туннельной печи // Вестник МЭИ. - 2006. - № 1. - С. 22Ц28.
11. Крылов А.Н. Моделирование процессов в регенеративном подогревателе технологического материала / А.Н. Крылов, С.К. Попов, Э.Д. Сергиевский // Промышленная энергетика. - 2006. - № 5. - С. 42Ц44.
12. Иванов Ю.К. Выбор технологии уплотнения шихты и формования перфорированного слоя / Ю.К. Иванов, С.К. Попов, А.К. Шамшин // Стекло и керамика. - 2006. - № 6. - С. 3Ц5.
13. Попов С.К. Направления реализации потенциала интенсивного энергосбережения туннельных печей // Вестник МЭИ. - 2007. - № 2. - С. 57Ц62.
14. Попов С.К. Теоретический минимум энергопотребления в теплотехнологии производства строительного кирпича / С.К. Попов, П.А. Стогов // Промышленная энергетика. - 2007. - № 9. - С. 31Ц34.
15. Крылов А.Н. Моделирование процессов тепломассообмена при термохимической регенерации теплоты отходящих газов / А.Н. Крылов, С.К. Попов, Э.Д. Сергиевский // Вестник МЭИ. - 2008. - № 4. - С. 49Ц54.
16. Попов С.К. Разработка и исследование математической модели плавильной камеры с перфорированным слоем // Вестник МЭИ. - 2008. - № 2. - С. 20Ц25.
17. Попов С.К. Потенциал энергосбережения в стекловаренных печах // Промышленная энергетика. - 2008. - № 6. - С. 34Ц38.
18. Попов С.К. Прогноз характеристик теплотехнологической системы производства стальной проволоки при реализации интенсивного энергосбережения.
// Проблемы энергетики теплотехнологии: Тез. докл. 2-й Всесоюзн. науч. конф. / Под ред. А.Д. Ключникова. - М.: Изд-во МЭИ. - 1987. - С. 6.
19. Ключников А.Д. Повышение эффективности энергоматериалоиспользования при нагреве стали / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии:
Тез. докл. Республ. конф. - Днепропетровск: ДМетИ. - 1989. - Ч.1.Ц С. 14.
20. Ключников А.Д. Разработка концепции интенсивного энергосбережения в теплотехнологической системе производства стальной проволоки / А.Д. Ключников, С.К. Попов, И.В. Государев // Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в черной металлургии: Тез. докл. Республ.
конф. - Днепропетровск: ДМетИ. - 1989. - Ч.1.Ц С. 15.
21. Ключников А.Д. Разработка концепции интенсивного энергосбережения в теплотехнологической системе производства мелкосортного стального проката / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Научные основы создания энергосберегающей техники и технологий: Тез. докл. Всесоюзн. конф., Москва, 27Ц29 ноября 1990 г.
Ц М.: Изд-во МЭИ. - 1990. - С. 52.
22. Ключников А.Д. Повышение уровня энергоматериалосбережения при нагреве стали / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. тр. - М.: Изд-во МЭИ. - 1990. - Вып. 235. - С. 5Ц12.
23. Круглов Ю.Д. Диагноз качества использования энергии в теплотехнологическом комплексе комбината черной металлургии / Ю.Д. Круглов, С.К. Попов, С.Н. Шапкарин // Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. науч. конф. - М.: Изд-во МЭИ. - 1991. - С. 6.
24. Ключников А.Д. Разработка концепции интенсивного энергосбережения в теплотехнологической системе сталь-прокат / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии: Тез. докл.
3-й Всесоюзн. науч. конф. - М.: Изд-во МЭИ. - 1991. - С. 8.
25. Попов С.К. Интенсивное энергосбережение при нейтральном нагреве металла / С.К. Попов, А.Ф. Горелов // Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. науч. конф. - М.: Изд-во МЭИ. - 1991. - С. 14.
26. Попов С.К. Разработка программного комплекса экспресс-диагностики потенциала энергосбережения в многоуровневой технологической системе / С.К.
Попов, А.В. Пушкин, О.Л. Русов // Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. науч. конф. - М.: Изд-во МЭИ. - 1991. - С. 21.
27. Ключников А.Д. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения промышленной теплотехнологической системы / А.Д. Ключников, С.К. Попов // 2-й международный симпозиум по энергетике, окружающей среде и экономике: Тез. докл., Казань, 7Ц10 сентября 1998 г. - Казань: Казанский филиал МЭИ. - 1998. - С. 42Ц45.
28. Ключников А.Д. Анализ резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологической системы / А.Д. Ключников, С.К. Попов, Б.Л. Фильчиков // Проблемы эффективного использования энергоносителей и низкосортных топлив в промышленности: Тез. докл. Междунар. конф., Саратов, 24Ц25 сентября 1998 г. - Саратов: СГТУ. - 1998. - С.35Ц36.
29. Попов С.К. Использование математического моделирования для повышения энергетической эффективности туннельных печей / С.К. Попов, А.В. Заславский // Проблемы эффективного использования энергоносителей и низкосортных топлив в промышленности: Тез. докл. Междунар. конф., Саратов, 24Цсентября 1998 г. - Саратов: СГТУ. - 1998. - С.39Ц40.
30. Ключников А.Д. Анализ направлений энергосбережения в теплотехнологической системе / А.Д. Ключников, С.К. Попов // Современное газоиспользующее оборудование и технологии в решении энергосберегающих и экологических проблем в газовой промышленности: Тез. докл. науч.-практ. конф., Ижевск, 15Ц17 декабря 1999 г. - Ижевск. - 1999. - С. 33Ц36.
31. Ключников А.Д. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологической системы / А.Д. Ключников, С.К. Попов. - М.: Изд-во МЭИ. - 1999. - 70 с.
32. Кривошеев С.Ю. Диагноз энергетической эффективности металлургической системы лом - сталь - прокат / С.Ю. Кривошеев, А.Д. Ключников, С.К.
Попов // Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 15Ц17 ноября 2000 г. - М.: МИСиС. - 2000. - С. 204Ц205.
33. Кривошеев С.Ю. Прогноз резерва интенсивного энергосбережения в металлургической системе лом - сталь - прокат / С.Ю. Кривошеев, А.Д. Ключников, С.К. Попов // Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века: Тез. докл. Междунар. науч.-практ.
конф., Москва, 15Ц17 ноября 2000 г. - М.: МИСиС. - 2000. - С. 206Ц207.
34. Попов С.К. Математическая модель теплообмена при плавлении движущегося полого цилиндра в условиях плавильной камеры с перфорированным слоем // Состояние и перспективы развития электротехнологии (Х Бенардосовские чтения): Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф., в 2-х т. - Иваново: ИГЭУ.
2001. - Т.2. - С. 181.
35. Попов С.К. Новые информационные средства обучения в области высокотемпературной теплотехнологии / С.К. Попов, И.П. Морозов // Международный форум информатизации - 2002: Докл. Междунар. конф. Информационные средства и технологии, Москва, 15Ц18 октября 2002 г., в 3-х т. - М.: Янус-К. - 2002. - Т.2. - С. 91Ц94.
36. Попов С.К. Особенности расчета внутреннего теплообмена в печах со сложной геометрией садки // Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии: Тез. докл. 2-й Междунар. науч.-практ.
конф. - М.: Изд-во Учеба МИСиС. - 2002. - С. 257Ц258.
37. Попов С.К. Математическая модель тепловой работы регенеративной горелки // Рациональное использование природного газа в металлургии: Сб. тез.
Междунар. науч.-практ. конф., Москва. 13Ц14 ноября 2003 г. - М.: МИСиС. - 2003. - С. 128Ц129.
38. Кривошеев С.Ю. Потенциал резерва интенсивного энергосбережения в металлургической системе / С.Ю. Кривошеев, С.К. Попов, А.Д. Ключников // Энергосбережение - теория и практика: Тр. II-й Всеросс. школы-сем. мол. ученых и спец. - М.: Изд-во МЭИ. - 2004. - С. 166Ц169.
39. Попов С.К. Разработка и программная реализация структурной математической модели региона // Информационные технологии и математическое моделирование: Матер. III-й Всеросс. науч.-практ. конф., Томск, 11Ц12 декабря 20г. - Томск: Изд-во Том. ун-та. - 2004. - Ч.1. - С. 79Ц81.
40. Попов С.К. Исследование потенциала энергосбережения и мероприятий по его реализации в туннельной печи на основе математического моделирования // Информационные технологии и математическое моделирование: Матер. III-й Всеросс. науч.-практ. конф., Томск, 11Ц12 декабря 2004 г. - Томск: Изд-во Том.
ун-та. - 2004. - Ч.1. - С. 132Ц133.
41. Попов С.К. Разработка и расчет тепловых схем термодинамически идеальных установок. Теория и алгоритмы. - М.: Изд-во МЭИ. - 2005. - 60 с.
42. Попов С.К. Потенциал энергосбережения и мероприятия по его реализации в теплотехнологии производства строительного кирпича / С.К. Попов, П.А.
Стогов // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005: Тр. II-й Междунар. науч.-практ. конф., в 2-х т. - М.: Изд-во ВИМ. - 2005. - Т.2. - С. 91Ц94.
43. Иванов Ю.К. Разработка вопросов промышленного освоения энергосберегающей плавильной установки с перфорированным слоем / Ю.К. Иванов, С.К.
Попов, А.К. Шамшин // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005: Тр. II-й Междунар. науч.-практ. конф.
Ц М.: Изд-во ВИМ. - 2005. - Т. 2. - С. 179Ц182.
44. Попов С.К. Идентификация математической модели туннельной печи // Информационные технологии и математическое моделирование (ИТТМЦ2005):
Матер. IV-й Всеросс. науч.-практ. конф., Томск, 18Ц19 ноября 2005 г. - Томск:
Изд-во Том. ун-та. - 2005. - Ч.1. - С. 115Ц117.
45. Устройство для термообработки длинномерных изделий: А. с. 1724706 АСССР, МКИ5 С 21 D 9/52 / Ключников А.Д., Попов С.К., Степанова Т.А., Нургатина Г.Н. (СССР). - Опубл. 07.04.92. Бюл. № 13.
46. Пат. 2240987 РФ. Шахтная печь / Ю.К. Иванов, С.К. Попов (РФ);
МЭИ(ТУ) (РФ). - Заяв. № 2003113517; Опубл. 27.11.04. Бюл. № 33. Приоритет 13.05.03 (РФ).
47. Пат. 2272794 РФ. Плавильная печь с шахтной предкамерой / Ю.К. Иванов, С.К. Попов, А.К. Шамшин (РФ); МЭИ (ТУ) (РФ). - Заяв. № 2004116805; Опубл.
27.03.06. Бюл. № 9. Приоритет 03.06.04 (РФ).
48. Патент РФ. Способ формования рабочей камеры шахтной печи с перфорированным слоем шихтового материала и устройство для его осуществления / Ю.К. Иванов, С.К. Попов (РФ); МЭИ (ТУ) (РФ). - Заяв. № 2006145305. Решение о выдаче патента на изобретение от 15.04.2008.
49. Патент на полезную модель № 73330 РФ, МПК C03B 3/00, F27B 1/00.
Устройство формования шихты в рабочей шахтной предкамере печи с перфорированным слоем (варианты) / Ю.К. Иванов, С.К. Попов, А.К. Шамшин (РФ). - Опубл. 20.05.08. Бюл. № 14.
50. Свид. о гос. рег. программы для ЭВМ № 2008610418 Расчет плавильной камеры с перфорированным слоем материала / С.К. Попов // Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 23.01.08.
51. Свид. о гос. рег. программы для ЭВМ № 2008610417 Программный комплекс KILN для теплотехнического расчета туннельной печи в системе производства керамических изделий / С.К. Попов // Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 23.01.08.
Подписано в печать Зак. Тир. 100 П.л. 2,Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям