151570 (Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива), страница 3

Дослідження системи пульсаційно-акустичного спалювання палива виконано у два етапи.

На першому етапі визначалися власні частоти акустичних коливань у робочому об’ємі топки парового котла для дотримання резонансу із частотами зовнішніх акустичних коливань. Одночасно із записом амплітудно-частотної характеристики виконувалися виміри температур у камері згоряння, здійснювався хроматографічний аналіз продуктів згоряння, відібраних за топкою, і обчислювався хімічний недопал палива. Вимір температур у топці котла виконувався шляхом зондування топки по глибині й по ширині в горизонтальній площині.

На другому етапі фіксувалися зміни теплотехнічних характеристик роботи парового котла внаслідок впливу на факел акустичних коливань із частотою 145 Гц (рівень звукового тиску 108Дб), що була прийнята як робоча й відповідала одному з максимумів звукового тиску на амплітудно-частотній характеристиці топки. Акустичні коливання, що порушувалися динамічним збудником, установленим в оглядовому вікні топки котла, направляли на факел.

Аналіз експериментальних досліджень підтвердив результати теоретичних досліджень. Зміна характеристик роботи котла проявлялася в підвищенні температури газів у топці котла на 50 60^ОС та зниженні хімічного недопалу палива з 2,0 % до 0,5 %.

Для одержання загальної картини впливу пульсаційно-акустичного спалювання палива на характеристики роботи котла проведені розрахункові дослідження, які виконано на основі нормативного методу розрахунку котельних агрегатів.

Результати досліджень показали, що збудження акустичних пульсацій може помітно підвищити ефективність роботи котла в усіх режимах його експлуатації й цим забезпечити економію палива на виробництво теплової енергії, а саме, в результаті застосування пульсаційно-акустичного спалювання палива к.к.д. котла збільшується на 1,0 1,5%, питома витрата умовного палива знижується на 0,5 0,7 кг у.п. / ГДж.

Оцінка поліпшення екологічних показників роботи котла показала, що річне зниження викидів СО в атмосферу залежить від навантаження на котел і складає 33 56 т/рік при незмінному рівні викидів N_XO_У.

В результаті досліджень розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів (патент на корисну модель "Спосіб спалювання палива" № 25300) і топка котла для здійснення способу (патент на корисну модель "Топка котла" № 25608), що пройшли промислову апробацію. Суть технічних рішень, що покладені в основу винаходів, полягає в тім, що топка по периметру обладнується акустичним поясом, що є гофрованою поверхнею (див. рис. 6) та дозволяє використовувати енергію відбитих акустичних коливань.

Розроблені технологічні рекомендації із застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів, на основі яких розроблено технічне завдання на реконструкцію топки парового котла ДКВР-10-13. Очікувана економія природного газу - 114 тис. м³/рік, строк окупності інвестицій менш одного року.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішена важлива науково-технічна задача підвищення ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.

Основні результати роботи полягають у наступному:

1. На підставі аналізу напрямків підвищення ефективності роботи промислових котлів доведена перспективність використання пульсаційно-акустичного методу спалювання палива на серійних котельних агрегатах.

2. Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі величини лінійного розміру вихорів, що дозволило розрахунковим шляхом визначити діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.

3. На основі математичного моделювання визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом. Порівняння чисельних і експериментальних даних показало, що відносна похибка розрахунку концентрації природного газу за довжиною факела не перевищує 7-15 %.

4. Розроблена й адаптована математична модель газодинамічних і теплових процесів у робочому об’ємі камерної топки котла, яка дозволяє визначати швидкості і температури продуктів згоряння за перерізом топки, характер зміни температур, а також зміну положення максимуму температур за довжиною факела при пульсаційно-акустичному впливі. Порівняння результатів чисельного дослідження та експериментальних даних показало, що, похибка розрахунку температури уздовж вісі факела з використанням моделі не перевищує 5-14%. Отримані значення температур газу, а також дані про зміну положення максимуму температур використано при комплексному аналізі ефективності впливу акустичних пульсацій на показники роботи парового котла.

5. Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла: підвищення температури в топці на 50 60 ^ОС, зниження хімічного недопалу палива з 2,0 % до 0,5 %, що відбувається за рахунок інтенсифікації процесів сумішоутворення та переміщення максимуму температур газу до вихідного перерізу амбразури пальників.

6. Розрахунковим шляхом показано, що збудження акустичних пульсацій може помітно підвищити ефективність роботи котла у всіх режимах його експлуатації й цим забезпечити економію палива на виробництво теплової енергії, а саме, в результаті застосування пульсаційно-акустичного спалювання палива к.к.д. котла збільшується на 1,0 1,5%, питома витрата умовного палива знижується на 0,5 0,7 кг у.п./ГДж. Річне зниження викидів СО в атмосферу складає 33 56 т/рік при незмінному рівні викидів N_XO_У.

7. Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів (патент на корисну модель "Спосіб спалювання палива" № 25300) і топка котла для здійснення способу, яка обладнана акустичним поясом для використання енергії відбитих акустичних коливань (патент на корисну модель "Топка котла" № 25608), що пройшли промислову апробацію.

8. Розроблені технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів, на основі яких розроблено технічне завдання на реконструкцію топки парового котла ДКВР-10-13. Очікувана економія природного газу - 114 тис. м³/рік, строк окупності інвестицій менш одного року.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ рОБІт по темІ дисертацІЇ

1. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Возможность повышения эффективности энерготехнологических агрегатов путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2007. №3. - С. 115-117.

2. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М., Косенко Ю. А. Результаты испытания и эффективность пульсационно-акустического сжигания топлива // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.– Дніпропетровськ: “ПП Грек О.С.”, 2007. С. 86-95.

3. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Снижение энергозатрат и решение экологической проблемы путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Компрессорное и энергетическое машиностроение. 2006. №4 (6). – С. 40-42.

4. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Моделирование тепловых и газодинамических процессов в топке парового котла // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.– Дніпропетровськ: “ПП Грек О.С.”, 2006. С. 53-67.

5. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Моделирование процесса выгорания газообразного топлива в объеме турбулентного факела // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України. У двох книгах. – Книга друга. – Дніпропетровськ: Пороги, 2005. С. 42-50.

6. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Влияние акустических воздействий в топке и газоходах парового котла на характеристики его работы // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Том 6. – Днепропетровск: НМетАУ, 2002. - С. 3-7.

7. Патент на корисну модель № 25300, МПК(2006) F23C 15/00, Спосіб спалювання палива; Гічов Ю.О., Адаменко Д.С. Номер заявки: u 2007 00185; Заявл. 09.01.2007. Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12. – 6 с.

8. Патент на корисну модель № 25608, МПК(2006) F23C 5/00, Топка котла; Гічов Ю.О., Адаменко Д.С. Номер заявки: u 2007 04475; Заявл. 09.01.2007. Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12. – 12 с: іл.

9. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. К расчету выгорания газообразного топлива в объеме турбулентного факела под воздействием акустических пульсаций // Матеріали регіональної наукової конференції „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу” – Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2006. – С. 79-80

10. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Исследование тепловых и газодинамических процессов в топке парового котла // Матеріали регіональної наукової конференції „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу” – Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2006. – С. 85-86.

11. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Моделирование процесса выгорания газообразного топлива применительно к пульсационно-акустическому сжиганию // Сборник трудов III Междунар. науч.-практ. конф. “Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А. Глинкова” - М.: МИСиС, 2006. - С. 237-241.

12. Гичев Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Подход к решению задачи горения газообразного топлива в турбулентном факеле // Матеріали VІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта /2005”. Том 61. Техніка. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - С. 27-29.

13. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Ткаченко Г.А. Снижение выбросов СО в атмосферу путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Матеріали І Міжнародної науково-практичної конференції “Науковий потенціал світу 2004”. Том 60. Технічні науки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - С. 51-53.

14. Гичев Ю.А., Адаменко Д.С. Повышение эффективности использования природного газа при акустическом воздействии в топках энерготехнологических агрегатов // Сборник тезисов междунар. науч.-практ. конф. “Рациональное использование природного газа в металлургии” - М.: МИСиС, 2003. - С. 61-62.

АнотацІЇ

Адаменко Д.С. Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі розроблених системи й технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.

Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі лінейного розміру вихорів.

Розрахунковим шляхом визначено діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.

Визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом.

Розроблена й адаптована математична модель теплових і газодинамічних процесів в топці парового котла при пульсаційно-акустичному спалюванні палива.

Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла.

Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів і топка котла для здійснення способу, що пройшли промислову апробацію.

Розроблено технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів.