Диссертация (1141533), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Мощность ЭП не сопоставима с мощностью горелки, следовательно, вкладджоулевой теплоты в общий тепловой баланс горения пламени не является значительным [46]. Поэтому, повышение температуры и количества высокотемпературных слоёв нельзя отнести к выделению джоулевой теплоты при воздействии электрического поля.Таблица 2 – Температурные зоны и их доли в зависимости от напряжения электрического поляприложенного к корпусу горелки и воздействующего на факел пламениЗонаБез ЭП-7кВ-21кВРеакции1%18%24%Переходная2%4%3%Уходящие газы97%78%73%70На Рисунок 12 можно выделить 3 характерных зоны:1.Зона непосредственного прохождения реакции. В этой зоне учтенытемпературные доли с температурным диапазоном выше 925°С-969°С (диапазонсоответствует максимально достигнутой температуре при горении пламени безвоздействия внешних ЭП).
При наложении электрического поля на графике присутствует экстремумом в температурном диапазоне 925°С-969°С 7кВ и 21 кВ. Увеличение занимаемой доли зоной составляет 17% и 23% при воздействии ЭП -7кВ и-21кВ соответственно. Данный экстремум на графике хорошо согласуется с предполагаемым увеличением поступления окислителя в зону горения при воздействииЭП.
Увеличение количества окислителя в реакционной зоне приводит к увеличению площади поверхности контакта пропан-бутановой смеси и кислорода, вследствие чего происходит интенсификация процесса горения.2.Переходная зона соответствует участку перехода реагентов из зоны ре-акции в зону продуктов сгорания. Соответствует температурному диапазону906°С-924°С.
Зона содержит остатки частиц, ещё не прошедших реакцию, и уходящие газы прореагировавших частиц. Зона занимает наименьшую долю в пламени исоставляет от 2 до 4% от всего исследуемого объёма смеси.3.Температурные слои, представленные ниже температур переходнойзоны, соответствуют продуктам сгорания, которые перемешиваются с окружающим воздухом, тем самым передают теплоту в окружающую среду. Доля каждогопоследующего слоя увеличивается, более полно ассимилируя с холодным воздухом, проходящим вне реакции. При наложении ЭП энерговклад от этих слоёвуменьшился с 97% до 73%.3.1.4. Оценка погрешности полученных результатовПогрешность измерения - отклонение измеренного значения величины от еёистинного (действительного) значения.
Погрешность измерения является характеристикой точности измерения. На практике вместо истинного значения используютдействительное значение величины, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем [98].71Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным.Погрешность эксперимента складывается из погрешности при измерении температуры пламени тепловизором и термопарой хромель-алюмель.Погрешность измерения температуры тепловизором в соответствии с паспортом изделия составляет ±2°С, но не менее ±2%.
Верхний температурный диапазон, измеряемый тепловизором, составляет 600°С. Температура пламени при измерениях методом тепловизионной съёмки существенно занижена на термограммах,и максимально измеренное значение составляло 54,5°С. Погрешность измеренияметодом тепловизионной съёмки при данных значениях температур составляет±2°С.Фактические значения температур получались при помощи пересчёта значений по показаниям термопары хромель- алюмель. Термопара хромель- алюмель3 класса допуска допускает кратковременное измерение в диапазоне температур до1300 °С, с погрешностью ±0,015 T или ±2,5°С.
Максимальная температура, измеренная термопарой, составляет 1005 °С или 1278 0К. Погрешность измерения температуры термопарой хромель-алюмель при значении температуры 1005 °С составляет ±19,7°С (±0,015 · 1278).При пересчёте температурных значений термограмм к фактическим значениям температуры пламени, погрешность измерения тепловизора ±2°С с учётомкоэффициента к фактическим температурам составляет ±39,8 °С. Для полученияитоговой погрешности, добавим к этому значению погрешность термопары хромель-алюмель 19,7°С при измерении температуры 1005°С.
Суммарная погрешность измерения температуры пламени составляет ±59,5°С.3.1.5. Выводы по эксперименту №11)воздействие эффективно полем отрицательной напряжённости;2)электрическое поле отрицательной напряжённости, приложенное к го-релке, сокращает длину пламени на 30%;3)жаропроизводительность смеси увеличилась на 70 °С при наложенииотрицательного напряжения на корпус горелки – 21 кВ;4)увеличение реакционной зоны факела на 24%.723.2. Планирование эксперимента №2: изменение СО и NOx приналожении электрического поля на факел сжигания природного газа,подаваемого из инжекционной горелкиЦель эксперимента: определить оптимальные параметры электрическогополя для снижения вредных выбросов при сжигании природного газа, подаваемогоиз сети с инжекционным смешиванием в горелке.Параметр оптимизации: выбросы СО.Чтобы оценить влияние электрического поля на температуру факела пламени, был спланирован двухуровневый двухфакторный эксперимент.
Задача планирования будет иметь вид: U=f (CO, NOx), где U параметр оптимизации, а f (CO,NOx) – функция отклика. Изменяя напряжение на горелке, будем отслеживать изменения в выбросах СО и NOx при помощи газоанализатора, расположенного навыходе продуктов сгорания после этапа охлаждения. Установка должна моделировать работу котельной, включая теплосъём температуры из уходящих газов (Рисунок 13). Также для расширения статистических данных о воздействии электрического поля на факел пламени, произведём замер температуры дымовых газов термометром, расположенном в высокотемпературной зоне дымовых газов.
Параметртемпературы не будет связан напрямую с результатами в котельной установке попричине отсутствия тепловоспринимающих поверхностей в зоне факела. Как былоуказано в литературном обзоре, при воздействии внешнего электрического поля нафакел пламени происходит интенсификация к поверхности теплообмена, поэтомуизменение температуры в данном случае не будет связано напрямую с изменениемтемпературы уходящих газов в котельной установке, но данная температура отобразит изменения в тепловыделении.733.2.1. Описание экспериментальной установки и методика проведенияэксперимента №2Рисунок 13 - Схема экспериментальной установки определения изменений в продуктахсгорания природного газа от наложения электрического поля на факел пламениСостав установки: 1 - горелка типа Бунзена; 2- регулировка расхода газовой смеси; 3 регулировка расхода воздуха на горение; 4 - химический холодильник для охлаждения уходящихгазов; 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 проделанноев стенке 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 вольт счастотой от 20 Гц до 200 кГц; 17 - Умножитель, поднимающий напряжение до высоковольтного;18 – Газоанализатор; 19 - баллон со сжатым газом ( пропан-бутан); 20 - тестер для снятия показаний температуры уходящих газов.Для проведения эксперимента по снижению выбросов оксидов углерода использовался природный газ из городской сети.
В качестве горелки выбрана горелкаБунзена для природного газа. Стенд закреплён на столе химическими штативами.74Регулировка газа, подаваемого на горение, осуществлялась винтом 2 при предварительном регулировании давления в шланге при помощи регулирующего вентиляв газовой сети.
Дальше газ попадал в горелку, где смешивался с воздухом, подаваемым на горение в стволе горелки. Для минимизации подсоса воздуха в камеру сгорания, вне смешиваемого с топливом для горения, использовалась уплотнительнаяпластина 8 из резины с проделанным отверстием 13мм для горелки.
Факел пламенирегулировался по необходимому размеру для расположения электрического поля взоне непосредственного прохождения химической реакции. Стенки камеры сгорания 14 выполнены из кварца с внутренним сечением трубки 44мм. В верхней точкеустановлена термопара 10 для фиксирования изменения в температуре уходящихгазов, а также для более точного регулирования расхода смеси.
Для точных показаний использовались термокомпенсационные провода 12 соединенные термоспаем в точке 11. Далее, для полного моделирования котельной, уходящие газыпроходили через химический холодильник 4, где теряли теплоту, отбираемую холодной водой 5, протекающей из водопроводной сети. Нагретая вода сливалась вканализацию 6, а на выходе уходящих газов из химического холодильника установлен пробоотборный зонд газоанализатора 13. Электрод 9 был закреплён внутрикварцевой трубки 14 и подсоединён к генератору.
Непосредственное поддержаниеэлектрода осуществлялось через отверстие диаметром 2 мм, проделанное в стенкекварцевой трубки. Источник напряжения 16 был выполнен на основе низкочастотного генератора электрических сигналов Г3-56, на выходе из которого генерировался сигнал напряжённостью до 53В с возможностью плавной регулировки напряжения. Следующим этапом формирования был умножитель электрического тока17, который увеличивал напряжение до 10 кВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
