Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Системы Методы Технологии. И.А. Сысоев и др. Экспериментальная модель … 2018 № 2 (38) с. 83-88 83 УДК 621.565 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-2-83-88 Экспериментальная модель и результаты исследований процессов термоэлектрического преобразования И.А. Сысоев a , Т.И. Сысоева b , Н.Н. Иванов c , А.С. Суханов d Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова 83, Иркутск, Россия a ivansys@istu.edu , b ziminati@istu.edu, c crist2003@mail.ru, d baizile94@gmail.com a https://orcid.org/0000-0002-8561-5383 , b http://orcid.org/0000-0001-6301-1901, c https://orcid.org/0000-0002-4755-3644 , d https://orcid.org/0000-0002-1445-667X Статья поступила 28.03.2018, принята 4.05.2018 В данной работе представлены исследования по разработке эффективного способа утилизации тепла технологических газов при производстве алюминия. Использовались методы математического моделирования и экспериментальных измере- ний. Описана необходимость использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов в системах газоходов алюминиево- го производства для утилизации тепловой энергии. Для проведения исследований оптимальных режимов работы термоэлек- трического преобразователя (ТЭП) и создания экспериментальных условий была создана модель участка газохода с диапазо- ном температуры на поверхности от 100 до 220 °С, обеспеченная источником охлаждения с температурой от 30 до 80 °С для задания разности температур между поверхностями термоэлектрического модуля. Достигнуты результаты, подтвер- ждающие целесообразность применения ТЭП для рекуперации тепловой энергии. Доказана целесообразность применения термоэлектрических преобразователей с целью рекуперации тепла и выработки электроэнергии для технологических нужд. Исходя из значения мощности 2 Вт от одного модуля и с учетом использования 12 модулей в составе ТЭП, средняя мощность одного ТЭП составила 24 Вт. Необходимая площадь поверхности участка газохода для преобразования тепловой энергии в электроэнергию выходной мощностью 1 кВт составит 1,17 м 2 без учета площади коммутации ТЭП между собой и дальней- шего подсоединения к системе водоснабжения. В системах газоходов, где существует достаточное количество тепловой энергии, которую необходимо утилизировать, представляется возможным использовать ТЭП с целью выработки электро- энергии для технологических нужд. Ключевые слова: электролизер; автоматизация; утилизация тепла отходящих газов; теплообменник; моделирование; термоэлектрический преобразователь; напряжение; ток; экологическая оценка; фториды. Experimental model and results of studies of thermoelectric conversion processes I.A. Sysoev a , T.I. Sysoeva b , N.N. Ivanov c , А.S. Sukhanov d National Research Irkutsk State Technical University; 83, Lermontov St., Irkutsk, Russia a ivansys@istu.edu , b ziminati@istu.edu , c crist2003@mail.ru, d baizile94@gmail.com a https://orcid.org/0000-0002-8561-5383, b http://orcid.org/0000-0001-6301-1901, c https://orcid.org/0000-0002-4755-3644 , d https://orcid.org/0000-0002-1445-667X Received 28.03.2018, аccepted 4.05.2018 In this paper, studies are presented on the development of efficient methods for utilizing heat from process gases in the production of aluminum. Methods of mathematical modeling and experimental measurements were used. The necessity of using shell-and-tube heat exchangers in aluminum flue gas systems for the utilization of thermal energy is described. To conduct research on the optimum operat- ing conditions of a thermoelectric transducer (TET) and to create experimental conditions, a model of a gas flue section was created with a temperature range on the surface from 100 to 220 °C provided by a cooling source with a temperature of 30 to 80 ° C to deter- mine the temperature difference between the surfaces of the thermoelectric module. The results confirming the feasibility of using TET for heat energy recovery have been achieved. It is proved expedient to use TETs for the purpose of heat recuperation and power genera- tion for technological needs. Based on the power value of 2 W from 1 module and, taking into account the use of 12 modules in the TET, the average power of one TET was 24 W. The required surface area of the gas flue section for conversion of thermal energy into elec- tricity with an output of 1 kW will be 1.17 m2, excluding the area of switching TETs among themselves and further connection to the water supply system. In flue gas systems, where there is a sufficient amount of heat energy, which has to be utilized, it is possible to use TETs to generate electricity for technological needs. Key words: electrolyzer; automation; recycling waste heat; heat exchanger; modeling; thermoelectric transducer; voltage; current; environmental assessment; fluorides. Введение В связи с требованиями российского законодательства в сфере эффективного и рационального использования энергетических ресурсов актуальными являются исследо- вания путей увеличения энергоэффективности производ- ства [1–5]. На многих отечественных промышленных