Автореферат диссертации (Влияние электрического поля в топке на теплотехнические характеристики котла)

2Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»Научный руководитель:Кандидат технических наук, доцентКочева Марина АлексеевнаОфициальные оппоненты:Кущев Леонид Анатольевичдоктор технических наук, профессор, ФГБОУВО «Белгородский государственный технологи­ческий университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им.В.Г.

Шухова), кафедра «Теплогазоснабжения ивентиляции», профессор.Яковлев Виктор Александровичкандидат технических наук, ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственный архитектурностроительный университет» (СПбГАСУ), кафед­ра «Теплогазоснабжения и вентиляции», доцент.Ведущая организация:ФГБОУ ВО «Казанский государственный архи­тектурно-строительный университет» (КГАСУ)Защита состоится «23» мая 2018 г. в 15:00 (по местному времени) на засе­дании диссертационного совета Д 212.138.10, созданного на базе ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет» по адресу: 129337, г.

Москва, Ярославское шоссе, д.26, студия №9«Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО"Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет" mgsu.ru.Автореферат разосланУченый секретарьдиссертационного совета«»20г.Г огина Елена Сергеевна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.Топливно-энергетический комплекс страны является базой развития российской экономики. Котельные установки относятся к оборудованию, потребляющему топливно-энергетические ресурсы в больших количествах. На выработку теплоты котлоагрегатами распространяется действие Федерального законаРФ от 23.11.2009г.

№261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» направленного на обязательное повышение использованияи выработки энергетических ресурсов.Одним из перспективных направлений повышения эффективности работыкотлоагрегатов является воздействие электрического поля на факел пламени.Электрическое поле воздействует на факел пламени, изменяя его форму и режимы горения за счёт присутствия в нём большой концентрации высокоионизированных частиц.

Исследования воздействия электрического поля при процессахгорения проводились отечественными и зарубежными учёными: Их исследования показали, что воздействие электрического поля вносит значительный вкладв протекание реакции горения и процесса теплопередачи. Регулирование формыфакела обладает потенциалом при интенсификации существующих котлоагрегатов без существенной реконструкции котельной.Соискателем предложены основные положения по разработке методикиопределения расположения и конструкции электродов в топке в зависимости отформы пламени, приведены экспериментальные исследования особенностей режимов работы котлоагрегатов при сжигании углеводородных топлив в условияхвоздействия внешнего электрического поля на факел в топке.Объект исследования - факел горения углеводородного газового топливав топке теплогенератора.Предмет исследования - режимы горения при воздействии электрического поля на факел пламени в топке котла и режимы горения в комплексе с применением конденсационного теплообменника в тепловой схеме котельной установки4Степень разработанности темыВ рамках диссертационной работы был произведён анализ нормативной инаучно-технической литературы.

Изучен и проанализирован опыт работы отечественных и зарубежных исследователей в области воздействия электрическогополя на факел пламени. Важный вклад в исследование процессов и механизмоввоздействия электрического поля на факел пламени внесли научные труды:Внукова. А. К.; Ягодникова Д. А.; Дьячкова Б. Г.; Петровой Е.А.; Гаранина А.Ф.; Лаутон Д.; Вязовика В. Н.; Саламандра Г. Д.; Громцева С. А.; Громцева А.С.; Турлайс Д.

П.; В. П. Гривцова; Русова Д. Е.; Пурмалис М. Я.; Минтусова Е.И.; Заке М. В.; Пурмал М.В.; Сермулиньш В. А.; Кидина Н. И.; Calcote H. F.;Lessieur D; Altendorfner F. и др.Однако существующие исследования в большей степени разработаны вмеханизме воздействия электрического поля на характеристики протекания реакции горения и не отображают особенности при использовании электрическогополя в топке теплогенераторов.Цель диссертации - разработка экспериментального метода повышениятеплотехнических и экологических характеристик котлоагрегатов за счет воздействия электрического поля на факел пламени в топке котла.Задачи диссертации:определить механизм воздействия электрического поля на факелпламени для обеспечения полноты сгорания углеводородного топлива при снижении коэффициента избытка воздуха и снижения вредных выбросов;разработать физико-математическую модель сжигания углеводород-ного топлива в условиях электрического поля со снижением коэффициента избытка воздуха;исследовать влияние внешнего электрического поля отрицательнойнапряжённости в топке на мощность теплогенератора;определить параметры электрического поля и расположение элек-тродов в топке для повышения тепловой мощности котла;определить характеристики электрического поля, влияющего на5снижение концентрации CO и NOx в продуктах сгорания;провести режимные испытания в отопительно-производственной ко-тельной с установкой электродов в топку котла;разработать методики определения конструктивных особенностейрасположения электродов в топке котла;произвести технико-экономическое обоснование применения элек-трического поля в топке.Научная новизна работы:1.доказана эффективность воздействия электрического поля отрица-тельной напряжённости на снижении концентрации выбросов СО и NOx прирасположении электродов в топке котла, работающим на газообразном углеводородном топливе;2.разработана методика расположения высоковольтных электродов втопке котлоагрегата для повышения теплотехнических характеристик котлоагрегатов;3.доказана возможность увеличения мощности котла, без его рекон-струкции при воздействии электрического поля на факел в топке;4.подтверждён результат воздействия электрического поля на факелпламени в топке котлоагрегата;5.установлены оптимальные параметры электрического поля, создава-емого в топке для снижения коэффициента избытка воздуха и концентрациивредных выбросов.Теоретическая значимость работы:1.впервые произведено наложение электрического поля на факел пла-мени в котлоагрегате, позволяющего снизить коэффициент избытка воздуха, подаваемого на горение;2.разработана физико-математическая модель сжигания углеводород-ного топлива при снижении коэффициента избытка воздуха в условиях внешнегоэлектрического поля;63.выявлено эффективное воздействие поля отрицательной напряжен-ности на форму факела и режимы процесса горения;4.представлены экспериментальные результаты изменения темпера-турных слоёв пламени при воздействии электрического поля отрицательнойнапряжённости.Практическая значимость работы:повышена эффективность сжигания топлива, снижен выброс СО иNOx, без реконструкции увеличена мощность котла;снижено потребление электрической энергии дутьевых вентиляторови дымососов за счёт уменьшения количества продуктов сгорания;разработана инженерная методика выбора и расположения электро-дов в топке в зависимости от формы пламени;увеличена интенсивность теплоотдачи от факела пламени к тепло-воспринимающим поверхностям нагрева в топке котлоагрегата;достигнуто снижение концентрации вредных выбросов на трёх ото-пительно-производственных котельных Нижнего Новгорода и Нижегородскойобласти.Методология и методы исследованияМетодология включает в себя анализ исследований отечественных и зарубежных ученых в области конденсационной техники.

Использовались методыобобщения получения и обработки экспериментальных данных, системного анализа, молекулярно-кинетической теории. Для изучения воздействия электрического поля в топке котлоагрегата использовались физические эксперименты намоделях в реальных условиях. Для объяснения особенностей воздействия электрического поля на процессы горения использовалась модель кинетического горения и воздействие поля на заряженные частицы. В диссертационной работеиспользовались методы лабораторного и натурного эксперимента.7Положения, выносимые на защиту:механизмы воздействия электрического поля на факел пламени втопках теплогенерирующих установок;параметры электрического тока при воздействии на факел;влияние электрического поля на температуру и форму факела;влияние электрического поля отрицательной напряжённости на сни-жение концентрации вредных примесей NOx и CO;снижение коэффициента избытка воздуха α при сохранении полнотысгорания за счёт ориентации заряженных частиц факела и увеличения числастолкновений молекул топлива с молекулами окислителя;влияние электрического поля в топке на мощность котлоагрегата ирежимы горения.

Конструктивные особенности расположения электродов в топкедля повышения полноты сгорания топлива и снижения концентрации вредных выбросов в дымовых газах.Степень достоверности. Достоверность полученных данных подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением высокоточных сертифицированных приборов. Погрешностьполученных результатов не превышает 10% при доверительной вероятности95%.Апробация результатов.

Основные результаты работы обсуждались и докладывались на международной конференции «Актуальные вопросы науки и образования» (Москва, 2012), на 32-й межвузовской студенческой научнотехнической конференции по итогам научно-исследовательской работы студентов( пос. Морозовский нижегородской области, 2016), на всероссийском конкурсе попрограмме «УМНИК» (победа в конкурсе по Поволжскому федеральному округу,Нижний Новгород 2016), на расширенном заседании кафедры ТГС Белгородскогогосударственного технологического университета им. В.Г. Шухова (Белгород2016), на 33-й межвузовской студенческой научно-технической конференции поитогам научно-исследовательской работы студентов (Самара, 2014г); На расши-8ренном заседании кафедры ТГВ МГСУ (Москва 2017); На расширенном заседании кафедры ТГС ННГАСУ (Н.

Новгород 2017); На международной научнойконференции «Перспективы развития вузовской науки» (Сочи 2017).Область исследования соответствует паспорту специальности 05.23.03«Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение иосвещение», а именно:п. 1. «Совершенствование, оптимизация и повышение надежности системтеплогазоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования, методов ихрасчета и проектирования. Использование нетрадиционных источников энергии»;п. 2.