Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена

Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена

Созданы расчетные зависимости для определения значений коэффициента конвективной теплоотдачи, согласно которым можно достичь заданной относительной экономии топлива при сохранении темпа тепловой обработки (по сравнению с конкретной ситуацией, характеризуемой базовым набором конструктивных и технолог...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
1. Verfasser: Бирюков, А.Б.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2013
Schriftenreihe:Металл и литье Украины
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143756
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена / А.Б. Бирюков // Металл и литье Украины. — 2013. — № 8. — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-143756
record_format dspace
spelling irk-123456789-1437562018-11-11T01:23:38Z Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена Бирюков, А.Б. Созданы расчетные зависимости для определения значений коэффициента конвективной теплоотдачи, согласно которым можно достичь заданной относительной экономии топлива при сохранении темпа тепловой обработки (по сравнению с конкретной ситуацией, характеризуемой базовым набором конструктивных и технологических параметров). Показано, что получаемая при этом относительная экономия топлива за счет снижения температуры уходящих газов в практических условиях для высокотемпературных агрегатов не может быть более 5-10 %. Створено розрахункові залежності для визначення коефіцієнту конвективної тепловіддачі, відповідно до яких можливо досягти заданої відносної економії палива при збереженні темпу теплової обробки (у порівнянні з конкретною ситуацією, що характеризується базовим набором конструктивних та технологічних параметрів). Показано, що економія, яку отримують при цьому за рахунок зниження температури газів, що йдуть, в практичних умовах для високотемпературних агрегатів не може перевищувати 5-10 %. Set of calculation dependences for determining value of heat transfer coefficient that allows achieving specified relative fuel economy with saving heat processing speed as compared with concrete situation which is characterized by base set of constructive and technological parameters is created. It is proved that relative fuel economy that can be achieved in this case due to leaving waste gases temperature decrease cannot be more than 5-10 % for high-temperature aggregates. 2013 Article Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена / А.Б. Бирюков // Металл и литье Украины. — 2013. — № 8. — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143756 662.9(083) ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Созданы расчетные зависимости для определения значений коэффициента конвективной теплоотдачи, согласно которым можно достичь заданной относительной экономии топлива при сохранении темпа тепловой обработки (по сравнению с конкретной ситуацией, характеризуемой базовым набором конструктивных и технологических параметров). Показано, что получаемая при этом относительная экономия топлива за счет снижения температуры уходящих газов в практических условиях для высокотемпературных агрегатов не может быть более 5-10 %.
format Article
author Бирюков, А.Б.
spellingShingle Бирюков, А.Б.
Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
Металл и литье Украины
author_facet Бирюков, А.Б.
author_sort Бирюков, А.Б.
title Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
title_short Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
title_full Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
title_fullStr Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
title_full_unstemmed Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
title_sort исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143756
citation_txt Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена / А.Б. Бирюков // Металл и литье Украины. — 2013. — № 8. — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Металл и литье Украины
work_keys_str_mv AT birûkovab issledovanieperspektivékonomiitoplivanarealizaciûoperacijteplovojobrabotkimetallazasčetintensifikaciikonvektivnogoteploobmena
first_indexed 2025-07-10T17:55:42Z
last_indexed 2025-07-10T17:55:42Z
_version_ 1837283566259535872
fulltext �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 УДК 662.9(083) А. Б. Бирюков Донецкий национальный технический университет, Донецк Исследование перспектив экономии топлива на реализацию операций тепловой обработки металла за счет интенсификации конвективного теплообмена Созданы расчетные зависимости для определения значений коэффициента конвективной теплоотдачи, со- гласно которым можно достичь заданной относительной экономии топлива при сохранении темпа тепловой обработки (по сравнению с конкретной ситуацией, характеризуемой базовым набором конструктивных и технологических параметров). Показано, что получаемая при этом относительная экономия топлива за счет снижения температуры уходящих газов в практических условиях для высокотемпературных агрегатов не мо- жет быть более 5-10 %. С нижение расхода топливно-энергетических ре- сурсов на реализацию операций тепловой обра- ботки металла – одна из наиболее актуальных задач на современном этапе развития метал- лургической теплотехники [1]�� Известно, что сокращение расхода топлива можно осуществить за счет повышения средневзвешенного значения коэффициента использования топлива за процесс нагрева и сокращения потерь тепла рабочей камерой [1-3]�� Для увеличения этого коэффициента в общем случае можно использовать такие инструмен- ты, как сокращение количества продуктов сгорания, покидающих печь; увеличение коэффициента реку- перации [4]; снижение температуры продуктов сго- рания на выходе из рабочей камеры печи�� Расход топлива на реализацию тепловой обра- ботки металла в печи периодического действия мож- но определить по формуле пот н р св н m c t QV Q ∆ + = τ η , (1) где m – масса нагреваемого металла, кг; с – сред- няя теплоемкость нагреваемого металла для ин- тервала температур тепловой обработки, Дж/(кг·°С); ∆t – требуемое повышение среднемассовой темпе- ратуры, °С; Qпот – средняя мощность теплопотерь рабочей камеры за период нагрева, Вт; τн – время нагрева металла, с; Qн р – теплота сгорания топли- ва, Дж/м3�� Средневзвешенное значение коэффициента ис- пользования топлива определяют в зависимости от текущих коэффициентов, соответствующих им сред- них тепловых потоков и времени действия данных сочетаний�� Однако очевидно, что для увеличения средневзвешенного коэффициента использования топлива необходимо, чтобы возрастали текущие ко- эффициенты, которые определяют из выражения ( )ухр н ух ух р н 1 t rQ V c t k Q − − =η , (2) где kr – коэффициент рекуперации; Vух – количество Ключевые слова: тепловая обработка, конвективный теплообмен, интенсификация, темп нагрева, расход топлива продуктов сгорания, покидающих рабочую камеру печи и приходящееся на единицу топлива (при от- сутствии присосов численно равно выходу продук- тов сгорания от горения 1 м3 топлива при заданном значении коэффициента расхода воздуха), м3/м3; ctух – средняя теплоемкость продуктов сгорания, покидающих рабочую камеру, при их температуре, Дж/(м3·К); tух – температура продуктов сгорания, по- кидающих рабочую камеру, °С�� Каждое из этих направлений снижения расхода топлива в настоящее время в достаточной мере про- работано на теоретическом и практическом уровнях�� Вопрос об оценке предельных эффектов, которых можно достичь при работе по каждому из названных направлений, достаточно важен�� Цель работы – перспективы получения экономии топлива, достигаемой при снижении температуры уходящих продуктов сгорания на примере случая, когда темп тепловой обработки сохраняется за счет интенсификации конвективного теплообмена�� С целью решения вопроса о том, какой именно должна быть температура уходящих газов для до- стижения заданного уровня экономии топлива при сохранении производительности агрегата, предло- жено следующее соотношение: 12 1 1 2 2 (1 ( , )) ( ) (1 ( , )) ( ) r r Q V k V F c t tV V Q V k V F c t t − −η = = η − − нр ух ух 1ух 1ух нр ух ух 2ух 2ух , (3) где V1, V2 – расходы топлива по базовому и пред- лагаемому режимам отопления, м3/с; kr (V, F) – зависимость коэффициента рекуперации от расхода топлива (и соответственно расходов воздуха и про- дуктов сгорания) и поверхности теплообмена реку- ператора [4]; t1ух, t2ух – температуры продуктов сгора- ния, покидающих печь при базовом и предлагаемом режимах, °С�� При составлении выражения (3) использовано предположение, согласно которому мощность теп- лопотерь рабочей камеры остается неизменной�� Такой подход дал возможность получить простую � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 расчетную зависимость для анализа влияния сниже- ния температуры уходящих продуктов сгорания на расход топлива и значение коэффициента исполь- зования топлива�� Однако нужно иметь в виду, что в действительности существует две противополож- ные тенденции, которые могут повлиять на величину теплопотерь рабочей камеры: снижение температу- ры продуктов сгорания, заполняющих камеру печи (определяет снижение потенциала теплопотерь); ин- тенсификация теплообмена в камере печи (нацелена на сохранение темпа нагрева материала), которая должна привести к росту теплопотерь�� Предложен- ная зависимость (3) дает возможность произволь- ного момента работы по базовому режиму нагрева вычислить требуемое значение температуры уходя- щих газов, переход на которое позволил бы достичь заданный уровень моментальной экономии топлива�� Для решения уравнения (3) необходимо задать рас- ход топлива V2, соответствующий заданному уровню экономии топлива, и найти величину t2ух�� В качестве базового значения температуры уходя- щих продуктов сгорания принято значение 1200 °С�� Рассмотрено три варианта с условно выбранными керамическими рекуператорами площадью поверх- ности нагрева 500, 300 и 100 м2 с применением их динамических тепловых характеристик (рис�� 1)�� Анализ данных дает возможность сделать вывод о том, что снижение температуры уходящих продуктов сгорания как отдельное мероприятие вряд ли приве- дет к экономии топлива более 5-10 %, так как тем- пература продуктов сгорания в каждый момент вре- мени должна быть выше температуры поверхности нагреваемого металла, а для достижения заданного темпа тепловой обработки (даже при интенсифи- кации теплообмена) разница температур греющей среды и нагреваемого металла должна быть суще- ственна�� Кроме того, очевидно (рис�� 1), что эффект роста коэффициента использования топлива и соот- ветственно сокращения расхода топлива только за счет снижения температуры уходящих газов в отно- сительном выражении, при прочих равных услови- ях, легче достичь для больших расходов топлива и меньших значений коэффициента рекуперации�� Для сохранения темпа тепловой обработки при снижении температуры уходящих продуктов сгора- ния необходима интенсификация теплообмена, и при этом должно выполняться условие 1 1yx 1 1yx 4 4 1yx 2 2yx 2 2yx 4 4 2yx ( ) ( ) 273 273 100 100 ( ) ( ) 273 273 , 100 100 к д к д q t t C t t t t t C t t t = − + ×  +  +  × − =        = − + ×  +  +  × −        α α пм пм пм пм (4) где αк1, αк2 – значения коэффициентов конвективной теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагреваемого материала в камере печи для базового и предлагаемого режимов нагрева, Вт/(м2·К); t1ух, t2ух, tпм – температуры продуктов сгорания в печи по ба- зовому и предлагаемому режимам, а также поверх- ности нагреваемого материала соответственно, °С; Cд1, Сд2 – приведенные коэффициенты излучения для системы тел газ-кладка- материал базового и предлагае- мого режимов нагрева, Вт/(м2·К)�� Согласно (4) задачу сохране- ния заданной плотности теплово- го потока, передаваемой поверх- ности металла, и соответственно темпа нагрева можно решить за счет интенсификации только кон- вективной либо только лучистой теплопередачи или при одно- временном их усилении�� В дан- ной работе проанализирирован вопрос усиления исключительно конвективной составляющей�� Для прямого определения ко- эффициентов теплоотдачи, ко- торые дают возможность выпол- нить условие сохранения темпа нагрева для температуры t2ух (оп- ределенной по (3) и соответству- ющей заданному уровню эконо- мии топлива), предложена следующая зависимость: нр ух 1 ух 1ух 1ух2 1 1 2 нр ух 2 ух 2ух 2ух (1 ( , )) ( ) (1 ( , )) ( ) r r Q V k V F c t tV V Q V k V F c t t        , (3) 4 4 2yx пм пм 2yx 2 2yx пм 273 273( ) ( ) 100 100 д k t tq t С t t t                 , (5) нр ух 1 ух 1ух 1ух2 1 1 2 нр ух 2 ух 2ух 2ух (1 ( , )) ( ) (1 ( , )) ( ) r r Q V k V F c t tV V Q V k V F c t t        , (3) 4 4 2yx пм пм 2yx 2 2yx пм 273 273( ) ( ) 100 100 д k t tq t С t t t                 , (5) , (5) где q(tпм) – зависимость итоговой плотности тепло- вого потока, падающего на поверхность материала, от температуры его поверхности (зависимость взята из базовой технологии нагрева и поддерживается на Рис. 1. Требуемая температура уходящих продуктов сгорания для достижения заданной экономии топлива с сохранением неизменной производительности c поверхностью рекупе- ратора (м2): 500 (а); 300 (б); 100 (в) и расходом топлива (м3/с): 1 – 0,5; 2 – 0,3; 3 – 0,1 0,7 0,8 0,9 1,0 3 2 1 1000 800 600 400 200 0 tУх, °С 1000 800 600 400 200 0 1000 800 600 400 200 0 tУх, °С tУх, °С 1 2 3 1 2 3 0,6 0,7 0,8 0,9 H H от cV а б в H H от cV H H от cV 0,6 0,7 0,8 0,9 � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 том же уровне для разрабатывае- мого экономичного варианта)�� Решение зависимостей (3) и (5) привело к получению информации, представленной на рис�� 2�� При этом использованы те же исход- ные данные, что и при получении результатов по рис�� 1�� Анализ всей информации с уче- том достигаемых на практике зна- чений коэффициентов конвектив- ной теплоотдачи от газообразных сред (даже при наиболее благо- приятных условиях они не превы- шают 100 Вт/(м2·К) – для печей эта величина составляет 10-25 Вт/(м2·К)) дает возможность заключить, что более реализуемым является про- цесс получения экономии топлива за счет интенсификации конвек- тивного теплообмена в начальные периоды нагрева с более низкой температурой поверхности на- греваемого материала�� Также очевидно, что достижение экономии топ- лива более 5-10 % при сохранении темпа нагрева для любой температуры поверхности нагреваемо- го металла только за счет усиления конвективной составляющей теплообмена реализовать сложно�� Итак, можно сделать вывод о том, что при конструи- ровании новых печных агрегатов и реконструкции существующих целесообразно применять техниче- ские решения, позволяющие существенно поднять уровень значений конвективной теплоотдачи�� В ка- честве таковых можно рекомендовать многоструйную атаку продуктами сгорания поверхности металла, колебательный характер подачи топлива и воздуха�� Кроме того, усиление перемешивания способствует более равномерному нагреву металла и соответ- ственно улучшает условия последующей обработки давлением�� Выводы Получены новые аналитические выражения для определения значений коэффициента конвективной теплоотдачи, при которых достигается заданная от- носительная экономия топлива при сохранении тем- па тепловой обработки�� Обосновано, что в реаль- ных условиях эксплуатации высокотемпературных печных агрегатов реальная экономия топлива за счет интенсификации конвективного теплообмена не превышает 5-10 %�� Рис. 2. Требуемое значение коэффициента конвективной теплоотдачи от продуктов сгорания к нагреваемому материалу для достижения заданного уровня экономии топлива в зависимости от температуры поверхности обрабатываемого материала: расход топлива (м3/с) – 0,5 (а); 0,3 (б); 0,1 (в); экономия топлива (%) – 1 – 5; 2 – 10; 3 – 15; 4 – 20; поверх- ность нагрева рекуператора – 500 м2 0 500 3 2 1 800 600 400 200 0 1000 800 600 400 200 0 1500 1000 500 0 1 2 3 1 2 3 tПМ, °С tПМ, °С tПМ, °С а б в 4 0 5000 500 α, Вт/(м2·К) α, Вт/(м2·К) α, Вт/(м2·К) ЛИТЕРАТУРА 1�� Губинский В. И. Металлургические печи: учеб�� пособие�� – Днепропетровск: НМетАУ, 2006�� – 85 с�� 2�� Бирюков А. Б. Энергоэффективность и качество тепловой обработки материалов в печах�� – Донецк: Ноулидж, 2012�� – 250 с�� 3�� Бирюков А. Б., Кравцов В. В., Некрасова И. Ю. Анализ эффективности реконструкции футеровки нагревательных и термических печей // Металлургическая теплотехника�� – 2011�� – Вып�� 3 (18)�� – С�� 10-17�� 4�� Бирюков А. Б., Кравцов В. В., Косолюкин Д. А. Анализ мероприятий по повышению эффективности тепловой рабо- ты рекуператоров нагревательных печей // Металл и литье Украины�� – 2011�� – № 7�� – С�� 11-15�� Бірюков О. Б. Дослідження перспектив економії палива на реалізацію операцій теплової обробки металу за рахунок інтенсифікації конвективного теплообміну Створено розрахункові залежності для визначення коефіцієнту конвективної тепловіддачі, відповідно до яких мож- ливо досягти заданої відносної економії палива при збереженні темпу теплової обробки (у порівнянні з конкретною ситуацією, що характеризується базовим набором конструктивних та технологічних параметрів). Показано, що економія, яку отримують при цьому за рахунок зниження температури газів, що йдуть, в практичних умовах для високотемпературних агрегатів не може перевищувати 5-10 %. Анотація � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 8 (243) ’2013 heat processing, convective heat exchange, intensification, heating speed, fuel flow rate Keywords Birukov A. B. Research of fuel economy prospects for metal heat processing operations realization due to convective heat exchange intensification Set of calculation dependences for determining value of heat transfer coefficient that allows achieving specified relative fuel economy with saving heat processing speed as compared with concrete situation which is characterized by base set of constructive and technological parameters is created. It is proved that relative fuel economy that can be achieved in this case due to leaving waste gases temperature decrease cannot be more than 5-10 % for high-temperature aggregates. Summary Поступила 30��07��13 Предлагаем разместить в нашем журнале рекламу продукции или рекламного материала о Вашем предприятии Расценки на Размещение Рекламы (цены приведены с учетом налога на рекламу) 2, 3-я страницы обложки страница внутри журнала цветная 1400 грн�� цветная 1050 грн�� черно-белая 700 грн�� черно-белая 500 грн�� 1/2 страницы формата 1/2 страницы формата а4 цветная 900 грн�� цветная 800 грн�� черно-белая 500 грн�� черно-белая 450 грн�� 1/4 страницы формата 1/4 страницы формата а4 цветная 550 грн�� цветная 300 грн�� черно-белая 300 грн�� черно-белая 200 грн�� При повторном размещении рекламы – скидка 15 % теплова обробка, конвективний теплообмін, інтенсифікація, темп нагрівання, ви- трати палива Ключові слова

Ähnliche Einträge