Автореферат диссертации (1141532), страница 2
Текст из файла (страница 2)
«Технологические вопросы теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха».Личный вкладЛичный вклад соискателя в решение исследуемой проблемы заключается ванализе и обобщении исследований отечественных и зарубежных ученых в области применения электрического поля, воздействующего на факел пламени, впостановке цели и задач исследования, в выборе методов исследования, в разработке основных положений, определяющих научную новизну и практическуюзначимость работы, в проведении экспериментальных исследований, в разработке методики обработки и обобщения опытных данных по экспериментальномуисследованию, в разработке методики определения расположения и конструкции электродов в топке в зависимости от формы пламени.Реализация результатов работыПредложенные инновации по внедрению электродов в топку котла длякоррекции факела пламени применены на котлах типа ДКВР-10/13 в котельныхНижнего Новгорода.ПубликацииПо теме диссертационного исследования опубликовано 11 статей, в томчисле 3 из них опубликованы в научных журналах, входящих в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основ-9ные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидатанаук, на соискание ученой степени доктора наук» ВАК Минобрнауки РФ;Структура и объем диссертационной работыДиссертация изложена на 160 страницах печатного текста, состоит извведения, четырёх глав, заключения, библиографического списка из 110 источников и 3 приложений.
В работе представлены 40 рисунков и 7 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цели исследований, задачи, предмет и объект исследования,описаны методы исследования, практическая и теоретическая значимость работы, приведены сведения об апробации научных результатов, имеющихся публикациях и общей структуре работы.В первой главе рассмотрены направления повышения эффективности котельных установок – использование конденсационного теплообменника в тепловой схеме котельной и воздействие электрического поля на факел пламени.
Рассмотрено повышение эффективности котельной за счёт утилизации теплоты дымовых газов ниже температуры точки росы в контактных теплообменниках.Уделено внимание конструктивным схемам утилизационных установок. Такойметод повышения эффективности котельной на сегодняшний день является самым распространённым для реконструируемых котельных. Определены недостатки использования теплоутилизационных установок.На сегодняшний день, оптимизация работы котла зависит от:•регулирования процесса горения за счёт разрежения в топке котла иизменения соотношения газ/воздух;•формы факела при изменении конструкции горелки;•геометрических характеристик топки (с улучшением теплоотдачи сплощади поверхности котла и снижения теплового напряжения топки).Все описанные методы регулирования используются в современных котельных, однако, уровень вредных выбросов остаётся существенным. Для снижения уровня вредных выбросов рассматривается воздействие электрического поля10на факел пламени.
Эксперименты по воздействию электрического поля на плазмупламени рассматривались учёными: Внуков А. К.; Ягодников Д. А.; Дьячков Б. Г.;Петрова Е.А.; Гаранин А. Ф.; Лаутон Д.; Вязовик В. Н.; Саламандра Г. Д.; Громцев С. А.; Громцев А. С.; Турлайс Д. П.; Гривцов В. П.; Русов Д. Е.; Пурмалис М.Я.; Минтусов Е. И.; Заке М. В.; М.В. Пурмал; В.А. Сермулиньш; Кидин Н. И.;Calcote H.
F.; Lessieur D; Altendorfner F... Их фундаментальные и лабораторныеисследования затрагивали изменения в характеристиках горения различных топлив под действием электрических полей различных конфигураций. Некоторыеисследователи приходили к одним результатам при воздействии электрическихполей различных относительно друг друга конфигураций, противореча друг другув части расположения электродов и полярности подаваемого напряжения. Основные механизмы воздействия электрического поля на факел представлены:1.Электрогидродинамический (электрогазодинамический) меха-низм воздействия – реализуется в основном за счёт действия ионного ветра.Механическая (пондемоторная сила), которая действует в данной точке поля назаряд, эффективно изменяет характеристики течения пламени: форму, площадьповерхности, скорость распространения в каналах.
Так же способна отклонять ирасщеплять факел пламени, не изменяя при этом нормальной скорости реакцииокисления. При горении дисперсных систем данный механизм воздействия является преобладающим: чем больше масса носителей заряда, тем больше величина массовых электрических сил.2.Тепловой механизм – джоулева диссипация энергии. Механизм, врезультате которого часть энергии, затраченной на создание электрического поля, переходит в тепловую энергию и приводит к повышению температуры физических тел. Данный механизм наиболее актуален при высокочастотных полях(сверхвысокочастотное (свч) излучение, вызывающее колебание молекул определённого диапазона).3.Кинетический механизм воздействия – Механизм представляетсобой непосредственное воздействие электрического поля на кинетику химических реакций горения.11Описанные механизмы представляют фундаментальное отображение происходящего при воздействии электрического поля на факел пламени.
В ходе экспериментов различных авторов необходимо выделить результаты воздействиявнешнего электрического поля на факел пламени, которые будут положительносказываться на теплотехнических, экологических и эксплуатационных характеристиках в котлоагрегатах: увеличение скорости распространения фронта пламени; увеличение скорости распространения фронта пламени; стабилизация пламени; изменение формы пламени; повышение температуры горения; интенсификация процесса теплоотдачи от факела пламени; интенсификация горения; снижение вредных выбросов оксидов углерода и азота. Исследования в области применения электрического поля при выработке теплоты, сводятся к ионизации воздуха, подаваемого на горение. При ионизации образуются молекулы озона из кислорода воздуха, которые более активны по своей природе.
При этом затрачивается большое количество энергии на поддержание ионизирующего поля.Данные результаты имеют высокую перспективу для оптимизации выработки теплоты в котлоагрегатах, но эти исследования выполнены в различныхусловиях, а также конфигурациях электродов и горелок отличных от конструкции топки котла, и не позволяют проецировать полученные результаты в лаборатории на работающие котлоагрегаты.Во второй главе представлена физико-математическая модель сжиганияуглеводородных газообразных топлив используя молекулярно-кинетическуютеорию газов, теорию распределения максвелла и силу, действующую на заряд,помещённый во внешнее электрическое.Горение топливно-воздушной смеси происходит в несколько этапов,(Рисунок 1).
На первом этапе происходит нагрев холодной смеси дотемпературы самовоспламенения. Проходя температуру самовоспламенениянанчинается экзотермическая реакция горения с переходом вещества изгазообразного состояние в состояние высокоионизированной квазинейтральнойплазмы с высокой концентрацией заряженных частиц. Достигая температурыжаропроизводительности смеси, вещество переходит в газообразное состояниедымовых газов.12жаропроизводительностьвыделениетеплотыхим.реакции"медленная"теплоотдачатемпературасамовоспламененияпредварительныйНагревсмесиСкоростьреакциискоростьфронтафакелахплазматопливно −дымовыефакелавоздушнаягазыпламенисмесьРисунок 1 - Этапы горения топливной смесиХарактеристики жаропроизводительности, скорость фронта факела и егодлина зависят от скорости прохождения реакции.
Скорость реакции между молекулами, соответствующими максвелловскому распределению зависит от частотыстолкновения частиц:∞ 3/2 () ∫ () () (−) =1 √21 1 (1)1 = 2 – скорость газа2(2)41 20Внешнее электрическое поле будет воздействовать силой F на заряженныечастицы плазмы (1) и молекулы имеющие дипольный момент в ходе реакции (2),изменяя вектор скорости движения частиц и снижая длину свободного пробега. = ( + = ⊥(3)) − =(4)1 (2 ) < 2 (2 + )(5)13- повышение параметра1 концентрациямолекул 12 длина свободногопробега частицей 2- понижение параметра2 концентрациямолекул 2 скоростьреакции1т частотастолкновений сечениестолкновений1 длина свободного2пробега частицей 1Рисунок 2 – Изменения столкновений молекул смеси под действием внешнего электрического поляПод действием силы на заряд, происходит увеличение скорости частицы внаправлении совпадающем с вектором силовых линий поля, и её снижение внаправлении перпендикулярном линиям действия силы, тем самым ограничиваясвободу движения частиц имеющих заряд в направлении перпендикулярном силовым линиям поля.
Частота столкновения заряженных частиц повышается, ввидуснижения сечения столкновений, так как свободное перемещение частиц пламенипроисходит с ограничением в направлении перпендикулярном силовым линиямполя (Рисунок 2). Поле, воздействуя торможением на заряженную частицу вплоскости, перпендикулярной силовым линиям будет вызывать тормозное излучение, повышая светимость факела в инфракрасном диапазоне, что приведёт к повышению теплопередачи в топке.В третьей главе произведено планирование, проведение и анализ лабораторных экспериментов сжигания топлива в условиях внешнего электрическогополя. Серия экспериментов раскрывает внутренние изменения в температурныхслоях пламени, изменения концентрации СО и NOx в продуктах сгорания углево-14дородных газовых топлив при различных напряжённостях электрического поля.Использование автором напряжения отрицательной потенциала, обусловлено отсутствием видимых результатов при использовании положительного потенциала.Эксперимент №1 «Воздействие электрического поля на факел пламени сточки зрения изменения температуры и формы факела» (рисунок 3) наглядноотображает изменения во внутренних температурных слоях пламени при воздействии электрического поля отрицательной напряжённости.
Экспериментпроизведён методом термографирования пламени под воздействием различныхнапряжений, прикладываемых к корпусу изолированной пропан-бутановой горелки.3174265Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки №1 оценки изменения формы итемпературных слоев факела пламени от электрического напряженияГде: 1 - газовая горелка от компактного баллона с пропаном для бытовых целей; 2 тепловизор FLUKE IR 32 / фотоаппарат Nikon D300s; 3 - термопара хромель-алюмель; 4 - тестер дляснятия показаний термопары; 5 - регулировка газа; 6 - крепление горелки с уплотнением из диэлектрика; 7 - токоведущий кабель для подачи напряжения от генератора электрического тока или контроля напряжения при помощи киловольтметра С96.На рисунке 4 изображены термограммы с заливкой красным цветом температурного диапазона – от 925ºc до 969 ºc.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
