Автореферат диссертации (1141532), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Диапазон выбран в соответствии с жаропроизводительностью пламени без напряжения. Подбор коэффициента излучения факелапроизводился по показаниям термопары хромель-аллюмель, расположенной в фронтепламени при калибровке. Из ряда термограмм рисунка 2, отмечается рост жаропроизводительности и выбранная температурная зона увеличивается в размерах при повы-15шении напряжения на корпусе горелки. Длина пламени сокращается с ростом напряжения, что соответствует модели описанной во второй главе диссертации и подтверждает изменение скорости реакции. Изменение формы факела происходит вследствиепритяжения положительных частиц плазмы к заряженному корпусу горелки. Свыше 21 кВ приложенного к корпусу горелки происходил пробой тока через факел.t ºc1115.81047.7971.7915834.2689.1532.7Рисунок 4 - Температурные изменения ядра факела при воздействии электрического полянапряжённостью 0, -7 и -21 кВВыводы по эксперименту: Электрическое поле воздействует на формупламени и скорость горения; При наложении электрического поля отрицательнойнапряжённости на горелку достигнуто снижение длинны факела пламени на27,9% при увеличении ширины факела близ среза горелок на 72,1%.Оценка влияния электрического поля на продукты сгорания, производилосьна лабораторных установках, конструкционно приближенных к камере сгораниякотлоагрегата.
При сжигании природного газа применялась горелка Бунзена с подачей газа из городской сети (рисунок 5). при сжигании пропан бутановой смесииспользовалась подача воздуха с поддувом. Изменяя напряжение на горелке, отслеживались изменения в продуктах сгорания газоанализатором. При повышениинапряжения отмечен рост доли кислорода в дымовых газах (рисунок 6).
Избыток16воздуха в топке необходим ввиду наличия областей с пониженной концентрациейокислителя и отсутствия полноты сжигания в условиях стехиометрии. При повышении вероятности столкновения требуется меньший избыток воздуха для полноценного прохождения реакции.
Полнота сгорания при снижении избытка воздухав топливной смеси в условиях внешнего электрического поля хорошо согласуетсяс исследованиями других учёных – в общедоступных научных публикациях отмечалось стабильное горение при предельно низком избытке воздуха (ниже 1).Рисунок 5 - Схема экспериментальной установки №2 определения изменений в продуктахсгорания природного газа от наложения электрического поля на факел пламениГде: 1 - горелка типа Бунзена; 2- регулировка расхода газовой смеси; 3 - регулировкарасхода воздуха на горение; 4 - химический холодильник для охлаждения уходящих газов; 5 вход охлаждающей жидкости; 6 - выход охлаждающей жидкости; 7 - выход охлаждённых продуктов сгорания; 8 - уплотнительное кольцо для минимизации подсоса воздуха через неплотности; 9 - кольцевой электрод из нихромовой проволоки, установленный через проделанное встенке трубы отверстие; 10 – Термопара; 11 - Узел соединения термопары и термокомпенсационных проводов; 12 - термокомпенсационные провода; 13 - газоотборный зонд газоанализатора;14 - кварцевая трубка; 15 - заземление горелки; 16 - Генератор электрического тока до 53 вольтс частотой от 20 Гц до 200 кГц; 17 - Умножитель, поднимающий напряжение до высоковольтного; 18 – Газоанализатор; 19 - баллон со сжатым газом ( пропан-бутан); 20 - тестер для снятияпоказаний температуры уходящих газов.Концентрация О2, %177,37,16,96,76,56,36,15,95,75,5-7-6-5-4-3-2-10U напряжение, кВРисунок 6 - Изменение О2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения приКонцентрация СО,ppmсжигании природного газа50403020100-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 7 Изменение СО в дымовых газах от прикладываемого напряжения при сжиганиипропан-бутановой смесиВ результате экспериментов определены параметры электрического поляотрицательной напряжённости для эффективного воздействия на выработку теплоты и концентрацию выбросов СО (рисунок 7) и NOx в продуктах сгорания природного газа и пропан-бутановой смеси:Напряжённость до 50 кВ/м является наиболее эффективной.
с точкизрения повышения мощности котельной. Снижение СО до нижнего порога обнаружения газоанализатора произошло при напряжённости электрического поля11кВ/м.При напряжённости 75кВ/м отмечается резонансный режим воздей-ствия либо переходный. ухудшает анализируемые параметры – повышает уровеньСО и снижает температуру дымовых газов.18При напряжённости электрического поля более 75 кВ/м отображаютсяизменения, связанные с повышением кислорода в дымовых газах.
В этом режимевозможно снижение избытка воздуха с сохранением полноты сгорания газа. Приэтом концентрация оксидов азота достигает до 40% от исходного значения.При напряжённости 150 кВ/м происходит пробой пламени.В четвёртой главе отображено применение результатов лабораторныхисследований на опытно-промышленной установке на базе котла ДКВР-10/13совместно с использованием конденсационного теплообменника в схеме котельной установки. Рассмотрены следующие вопросы: особенности расположенияэлектродов (рисунок 8); замер и анализ режимных карт в различных конфигурациях опытно-промышленной установки, замер со снижением избытка воздуханиже номинального в условиях присутствия электрического поля в топке котла;оценка изменения вредных выбросов CО и NOx (рисунок 9) а также факела рассеивания вредных частиц на прилегающей территории; произведена экономическая оценка.Электрическое поле позволяет воздействовать на факел пламени, повышаяэффективность сжигания газа и изменяя продукты сгорания на выходе.
Внедрениеэлектродов в топку котла опытно-промышленной установки существенно повлияло на работу котельной. Расположение электродов в топке котла на дальней стенке из шамотного кирпича является работоспособным решением. Токи от генератора стекали на электрод заземления без пробоя на котёл. Предельное напряжениесоставило 75 кВ/м, при превышении которого происходил пробой через пламя схарактерным звуковым треском.При работе под малыми нагрузками рекомендуется менять полярностьэлектродов, для притягивания факела к отрицательному электроду и более равномерному заполнению топки факелом. Использование электродов со столь высокими напряжениями без обмуровки из шамотного кирпича допускается при использовании керамических высокотемпературных изоляторов, и с оптимизациейвоздушного зазора до металлических поверхностей для предотвращения пробоя.1954123Рисунок 8 - Схема расположения электродов и линий электрического поля в топкекотлаГде:1 – электрод с зарядом, 2 – силовые линии электрического поля, 3 – подводящий кабель вкерамической изоляции, 4 – блок коммутации, 5 – заземлённый электрод.110Концентрация NOx в дымовых газах, ppm10090807060504030200,800,951,000,901,071,151,21,001,101,20избытоквоздухаα-50кВ/м1,301,400кВ/мРисунок 9 - Изменение концентрации выброса NOx опытно-промышленной установки взависимости от избытка воздуха.20Произведена экологическая и экономическая оценка изменений в работекотельной с 3-мя котлами ДКВР-10/13 при внедрении электродов в топку котла иизменении режимов горения.Таблица 1 – Снижение вредных выбросов от использования электрического поля втопке котельнойВеществоСОNONO2СтавкаРуб./т1,693,5138,8Выброс довнедрения, т/г7.730.462.82Выброс послевнедрения, т/г3.630.181.10Таблица 2 – Экономическая оценка внедрения электродов в топку котла и изменениярежимов горенияНаименованиеЭкономия/затраты Экономия/затраты,в натур.
ед.тыс. руб.ЭкономияЭкономия за счёт оптимизации факела и диссо4325,56 ГДж/годциации водяного параДоход за мощность, обеспеченную новым потребителямСО - 4.09 т/гЭкономия за счёт снижения валового выбросаNO - 0.28 т/гвредных веществNOx - 1.72 т/гИтого:Затраты702,02626540,2713356,297Затраты на установку устройства на 3 котла-1896(632/шт.)Затраты электроэнергии на поддержание электрического поля11982 квт·ч/год64,702Итого:1960,7Срок окупаемости составит менее 1 отопительного сезона для котлоагрегата расположенного в климатических условиях г.
Нижнего Новгорода.ЗАКЛЮЧЕНИЕРезультаты проделанной работы позволяют подвести следующие итоги:1.Воздействие электрического поля высокой отрицательной напряжён-ности на факел пламени в топке котлоагрегата сохраняет полноту сгорания факела при снижении избытка воздуха с α с 1,15 до 1,032.Эффективными параметрами электрического поля для воздействия нафакел углеводородных газообразных топлив является электрическое поле высокой отрицательной напряжённости с кольцевым расположением электродов.213.Механизмы воздействия на пламя представлены ионным ветром, приповышении напряжения переходящем в кинетический. Оба механизма сопровождаются повышением частоты столкновения частиц во фронте пламени ввиду снижения скорости частиц в плоскости перпендикулярной линиям напряжённостиэлектрического поля.4.Электрическое поле высокой отрицательной напряжённости, подан-ное на кольцевой электрод, расположенной на дальней стенке топки котла ДКВР10/13 снижает концентрацию вредных примесей дымовых газов СО и NOx на 53%и 60% соответственно.5.Внедрение электродов в топку увеличивает мощность котла ДКВР-10/13 на 12 % (6,7% за счёт повышения теплоотдачи от факела; 5,3% за счёт увеличения расхода газа с сохранением длинны факела в топке котла)6.Изменение формы факела достигается путём подачи отрицательногонапряжения на электрод, расположенный близ плоскости среза горелок, напряжённостью вплоть до образования пробоя тока через факел пламени.7.Внедрение электродов в топку котла ДКВР-10/13 относится к кратко-срочным энергоэффективным решениям8.Снижение коэффициента избытка воздуха в комплексе со снижениемконцентрации вредных примесей в дымовых газах позволило компенсироватьухудшение рассеивания вредных выбросов от снижения температуры дымовыхгазов вследствие использования конденсационного теплообменника в составеустановки.9.Кислотность конденсата, получаемого в конденсационном теплооб-меннике за счёт изменения продуктов сгорания электрическим полем, изменена с4,5 до 6-6,5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
