![Page 1: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/1.jpg)
1
E!5840
«Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For
Optimal Replace NG Replacement The Natural Gas By Low-
Calorific Gases» 2011-2015
Інститут газу НАН України
Сорока Б.С.
![Page 2: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Process gases manufacturing
Coke-oven
gas
Blast-
furnace gas
Converter gas
SteelCast IronCokeCoal
ConverterCoke-
ovenBlast
furnace
![Page 3: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/3.jpg)
33
Biofuels production
![Page 4: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Alternative Gas Fuels (AF) composition
№
Fuel
type
Composition, % vol
CH4 ∑CnHn+2/
C6H6
CO2 N2/
NH3
O2 H2 CO H2O H2S
1 NG (L) 85.5 3.6 1.7 9.2 0.01 - - - -
2 BNG 50 - - 50 - - - - -
3 COG 24 1.92/0.48 1.8 2.8 0.8 60.2 8 - -
4 BFG - - 22.5 55 - 1.5 21 - -
5 RG - - - - - 75 25 - -
6 SG 9 - 19 3 - 45 24 - -
7 CGP 0.1 - 0.9 50 - 15.8 32.4 0.5 0.3
8 SGP 1.0 - 11.3 38.4 - 22.5 20.5 6.3 -
9 VOGP 0.1 - 0.3 46.7 - 25.1 27.5 0.3 -
10 LFG 48.0 - 40.0 -/1.0 1.5 0.5 - 7.0 2.0
11 PGP 4 - 13 40 - 13 30 - -
12 Biogas - - 38 1.6 0.4 - 60 - -
![Page 5: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/5.jpg)
5
ТТ, K NO (wеt), ppm
, kJ/kg comb. prod.0
,0
TgH Qв; Qн, kJ/kg fuel
Compared gas fuels characteristics
![Page 6: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/6.jpg)
6
NG substitution by blast-furnace gas (BFG)
![Page 7: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/7.jpg)
7
1 – NG,
Process gases:
2 – SG,
3 – COG,
4 – BFG
Ta=Tf=298 К
Comparison of effectiveness for NG and alternative fuels
Enthalpy efficiency
Exergy efficiency
![Page 8: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/8.jpg)
8
1 – NG,
Biofuels:
2 – VOGP,
3 –LFG,
4 – SGP
Ta=Tf=298 К
Comparison of effectiveness for NG and alternative fuels
Enthalpy efficiency
Exergy efficiency
![Page 9: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/9.jpg)
9
ЕКОНОМІЯ ПАЛИВА В % В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ
ПІДІГРІВУ ПОВІТРЯ ТА ГОРІННЯ ДЛЯ РІЗНИХ ТЕМПЕРАТУР
ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ.
• Та: 1 - 478 K; 2 - 589 K; 3 - 700 K; 4 - 811 K; 5 - 922 K; 6 - 1033 K.
• суцільні лінії - розрахункові дані.
• пунктирні лінії - дані з журналу "Industrial Heating" (Грудень,1999);
• коефіцієнт надлишку повітря = 1.1.
0
10
20
30
40
50
60
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Температура продуктів згоряння, K
Еко
но
мія
па
ли
ва
,%
1
2
3
4
5
6
![Page 10: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Трубчатые рекуператоры промышленных
печей
![Page 11: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Опытные образцы спиральных вставок-турбулизаторов
![Page 12: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Экспериментальный огневой стенд
![Page 13: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Схема опытной секции (а) и отдельной петли (б)
высокотемпературного рекуператора: a1 – a6 – соединительные
муфты, b1, b2, b3 – трубчатые петли секции, c1, c2 –
перепускные коллекторы
![Page 14: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/14.jpg)
14
![Page 15: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Визуализация температурных характеристик опытной
секции рекуператора
![Page 16: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Зависимость основных теплотехнических характеристик: температуры подогрева воздуха
Та,eх (а), средней температуры стенки Tw (б) и разности температур Tw– Та,eх (в) от
температуры в топочной камере Tfl при использовании опытных секций рекуператора.
Массовый (объемный) расход воздуха ma= 0,061 кг/с (Va= 170 нм3/ч = idem).
![Page 17: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Зависимость потерь напора
(аэродинамического
сопротивления) pa по
воздушному тракту опытных
секций рекуператора от расхода
воздуха Va
Зависимость потерь напора
(аэродинамического
сопротивления) pa по воздушному
тракту для опытных секций
рекуператора от температуры в
топочной камере Tfl. Массовый
(объемный) расход воздуха
ma = 0,061 кг/с
(Va= 170 нм3/ч = idem)
![Page 18: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Рекуперативный воздухоподогреватель опытного газогенератора LEI
Внедрение рекуперативного теплообменника с вторичными
излучателями на опытной линии газификации древесной щепы
(LEI, г. Каунас, Литва)
![Page 19: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/19.jpg)
19
![Page 20: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Принципова схема рекуператора РРД
![Page 21: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Рекуператор PPД
![Page 22: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Схема дослідного стенду для випробувань рекуператора RRD.
![Page 23: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Металургійний комбінат «ISD DUNAFERR» (Угорщина, м. Дунауйварош)
Загальний вигляд дослідної печі для випробувань рекуператора PPД
![Page 24: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/24.jpg)
24Експериментальний стенд DUNAFERR на коксо-доменній суміші, (Угорщина, м. Дунауйварош)
![Page 25: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Експериментальний стенд TUKI на природному газі, м. Мішкольц
![Page 26: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Металургійний комбінат «ISD DUNAFERR» (Угорщина, м. Дунауйварош)
Рекуператор PPД, змонтований на промисловій ковпаковій термічній печі
Спроектовані в Інституті газу
рекуператори РРД були виготовлені
в Угорщині, пройшли випробування
на вогневих стендах для підігріву
повітря-окислювача:
на підприємстві TUKI (м. Мішкольц)
– при спалюванні природного газу,
на металургійному комбінаті «ISD
DUNAFERR» (м. Дунауйварош) – при
спалюванні змішаного коксо-
доменного газу.
Пілотний зразок рекуператора РРД
встановлений та успішно
використовується в промислових
умовах на ковпаковій печі для
термообробки рулонів в цеху
холодної прокатки комбінату «ISD
DUNAFERR».
![Page 27: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Thermo-pictures of recuperator at flue gas temperature of 700 °C
Теповізійне зображення зовнішньої ізольованої поверхні
рекуператора РРД
![Page 28: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/28.jpg)
28
![Page 29: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Рекуператор із внутрішньотрубними вторинними
випромінювачами у грудні 2014 р. рішенням Експертної ради за
підсумками Всеукраїнського конкурсу «Винахід року» визнаний
ПЕРЕМОЖЦЕМ в номінації «Енергетика та енергоефективність» з
врученням авторам почесного Диплому та пам’ятного кубку.
Автори розробок
д.т.н., проф. Сорока Б.С.,
к.т.н. Воробйов М.В., к.т.н. Кудрявцев В.С.
![Page 30: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/30.jpg)
30
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Создана и запатентована конструкция высокоэффективного трубчатого рекуператора с
гибкими вторичными излучателями в форме радиальных ребер (Патент Украины на изобретение
№ 101124 от 25.02.2013), установленными по всей длине криволинейных теплообменных труб и
рекуперативных секций (прототип MD3). На крупномасштабном компьютеризованном огневом
стенде проведены сопоставительные экспериментальные исследования теплообмена и
аэродинамики в газо-газовых теплообменниках типа MD3 c вторичными излучателями и в
базовой гладкотрубной (без вставок) конструкции секции BD. Показано, что эффект
интенсификации теплообмена внутри труб за счет установки вставок – вторичных излучателей,
а также преимущества конструкции в целом возрастают по мере повышения температуры
уходящих из печи газов на входе в рекуператор. Установлено существенное (до 170 К)
повышение температуры подогрева воздушного потока Ta,ex, снижение температуры стенки
труб (локальной Тw, средней ) как меры термической стойкости конструкции. Доказано, что
интенсификация высокотемпературного теплообмена за счет установки вторичных излучателей
сопровождается снижением обобщенной теплогидравлической характеристики рекуператора е
по сравнению с малоэффективной гладкотрубной конструкцией, но большей, чем для
рекуператоров зарубежных конструкций.
Экспериментально установлено, что характеристики предложенных рекуператоров с вторичными
излучателями (прототип MD3) превосходят таковые для зарубежных аналогов, оснащенных
спиральными вставками – турбулизаторами (прототипы SP1 и SP2), по теплотехническим
показателям: по повышению температуры подогрева воздушного потока Ta,ex (~60 К), снижению
температуры стенки труб Тw (не менее чем на 20 К), гидравлическим характеристикам – пониженному
аэродинамическому сопротивлению воздушного тракта ∆pа, а также по теплогидравлической
эффективности е. Превышение эффективности е для секции MD3 по сравнению с зарубежными
прототипами SP1 и SP2 составляет 14,5...30,5 %. Обозначенные преимущества рекуператоров MD3
имеют тенденцию к последующему усилению по мере повышения температуры уходящих газов выше
1000 ºС.
![Page 31: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Доказано, что интенсивность теплообменных процессов в рекуператорах созданной
конструкции (MD3) в 1,5...2,0 раза превышает таковую в рекуператорах существующих аналогов.
Установлены преимущества конструкции MD3 по наиболее представительному теплообменному
критерию – разности температур : отмечается 4-кратное его уменьшение по сравнению с
гладкотрубной BD-конструкцией, более чем 2-кратное сокращение по сравнению с SP1 и SP2 –
конструкциями. Приведенные достоинства конструкции рекуператора с вторичными
излучателями и тенденция к их дальнейшему усилению по мере роста рабочих температур в печи
позволяют рекомендовать конструкцию таких рекуператоров для широкого внедрения при
строительстве новых и реконструкции существующих печей как более эффективную по
сравнению с отечественными (BD) и зарубежными (SP) рекуператорами.
Предложена конструкция высокоэффективного радиационно-конвективного рекуператора РРД
(патент Украины на изобретение № 103961 от 10.12.2013), в котором за счет сильно развитых
теплообменных поверхностей и организации двухступенчатого нагрева теплоносителя (воздуха горения),
а также при установке вторичных излучателей в селективной среде продуктов сгорания в дымовых
каналах, удается значительно повысить температуру нагреваемого воздуха, а также существенно (вплоть
до двух раз) увеличить теплосъем по сравнению с известными радиационными рекуператорами –
аналогами.
Прототип трубчатого рекуператора внедрен на опытно-промышленной линии газификации
древесной щепы в Литовском энергетическом институте LEI (г. Каунас, Литва). Пилотный образец
рекуператора типа РРД успешно прошел огневые испытания и находится в стадии опытно-
промышленной эксплуатации и освоения на колпаковой термической печи для отжига рулонов
стального листа в цехе холодной прокатки металлургического комбината «ISD DUNAFERR»
(г. Дунауйварош, Венгрия).
![Page 32: E!5840 Development Of Heat Recovery And Combustion ...=/cec53213d1f813... · 1 E!5840 «Development Of Heat Recovery And Combustion Equipment For Optimal Replace NG Replacement The](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022063013/5fcb538050f1f2573b01994c/html5/thumbnails/32.jpg)
32
дякую за увагу!