Диссертация (1141533), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для контроля получаемого напряжения использовался киловольтметр типа С 96, не представленный на схеме.3.3.4. Ход эксперимента №3После сборки стенда и закрепления всех необходимых частей установкипроисходило поджигание смеси на открытом воздухе. Горелка поднималась в кварцевую трубку, при этом плотно прижимался уплотнитель. После чего осуществлялся прогрев горелки и стабилизация факела с калибровкой соотношения газ/воздух до уровня СО, NOx = 40-50ppm (газоанализатор при изменении СО имеет достаточно длительную задержку до стабилизации уровня СО–2–4минуты).
ЗначениеСО намеренно устанавливалось завышенным для наглядного отображения влиянияэлектрического поля на полноту сгорания, исходя из неоптимальных режимов регулировки горелки. После стабилизации показаний СО подавалось напряжение наэлектроды и фиксировались изменения СО, NOx, а также температура продуктовгорения. Значение при каждом напряжении снималось трижды со сбросом электрического поля на 0. После проведения всех экспериментов по полученным данным83производилось построение графиков. Граничными условиями исследования былиследующие показатели:- нижний предел фактора воздействия электрического поля 0 кВ (т.е. безвоздействия);- максимум фактора воздействия -6 кВ (это ограничение наложено установкой генерации электрического поля). После снятия всех запланированных значений напряжения производилось построение результатов в графической форме ианализ погрешности эксперимента.3.3.5.
Анализ результатов эксперимента №3Снятые в ходе эксперимента данные оформлены в табличную форму. Таблица 3 содержит все данные, полученные с газоанализатора, где:№ - номер эксперимента;U - прикладываемое напряжение к кольцевому электроду;t - температура, измеренная на выходе из уходящих газов;О2 - данные о кислороде находящимся в продуктах горения;СО2 - содержание диоксида углерода в продуктах сгорания;СО - содержание оксида углерода в продуктах сгорания;NOx - содержание оксидов азота в продуктах горения (разбивка NOx на NOи NO2 не производилась, ввиду отсутствия раздельного датчика на газоанализаторе,а оценочный метод не даст достоверных данных по изменениям при воздействииэлектрического поля).
Для наглядного представления результатов экспериментапостроим графики зависимостей всех анализируемых данных от прикладываемогонапряжения к электроду (Рисунок 21). График температуры отражает рост температуры уходящих газов при наложении электрического поля, что подтверждаетперспективность использования электрического поля для повышения мощностикотельной установки.84Таблица 3 – изменений продуктов сгорания пропан-бутановой смести от наложенияэлектрического поля на факел пламени№U, кВtО2, ppm СО2, ppm СО, ppm NOx, ppm qA, %1234567810426.69.446.49464927.862-1.5426.79.36.5823.6452.1227.543-1.8426.79.26.6313.3253.5627.394-2426.79.126.6735527.245-2.2425.59.26.6411.6456.0827.256-2.7424.79.26.6217.5356.8227.267-3424.59.226.61195727.268-3.3420.19.46.5317.8255.8227.249-3.7418.99.46.5117.5155.5127.2310-44179.456.48175527.2211-4.4411.79.66.4122.4053.8027.0412-4.6409.79.66.3924.4553.3426.9713-4.8408.29.646.37265326.9214-4.9406.69.56.4424.4053.4026.5815-4.9405.19.46.5022.8653.7826.2516-5404.39.356.54225426.07Максимальное изменение температуры зафиксировано близ пробоя электрического разряда через пламя.
Температурные изменения на графике до напряжённости -4 кВ имеют небольшой рост. График изменения выброса СО 2 от напряжённости обладает выраженным спадом при напряжённости более -2 кВ постоянного тока. Максимальное снижение так же зафиксировано близ пробоя электрического разряда через факел пламени. Параметры, приходящиеся на зону пробоя,нельзя использовать и характеризовать как стабильную работу. При разряде используемый генератор не мог поддерживать заданную напряжённость.Температура дымовыхгазов, 0С85480460440420400380-6-5-4-3-2U напряжение, кВ-10Концентрация СО2, %Рисунок 21 - Изменение температуры дымовых газов от прикладываемого напряженияпри сжигании пропан-бутановой смеси76,96,86,76,66,56,46,36,2-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Концентрация О2, %Рисунок 22 - Изменение СО2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании пропан-бутановой смеси9,79,59,39,18,9-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 23 - Изменение О2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании пропан-бутановой смеси86Форма графика выбросов СО нелинейная со снижением выбросов СО дозначения близкого к 0 при напряжённости электрического поля – 2 кВ, что совпадает с графиком при низком расположении электрода в тенденции снижения.–2кВ предположительно резонанс процесса или камеры сгорания.
График выбросовNOx так же отображает выраженное снижение выбросов во всём диапазоне исследуемых напряжений.Концентрация СО, ppm302520151050-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 24 - Изменение СО в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании пропан-бутановой смесиИзменение СО в дымовых газах от прикладываемого напряжения при сжигании пропан-бутановой смесиКонцентрация NO2605856545250-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 25 - Изменение NO2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании пропан-бутановой смеси873.3.6. Вывод по результатам эксперимента №3Воздействие электрического поля отрицательной напряжённости эффективно при снижении вредных выбросов СО, СО2 и NOx применительно к турбулентному пламени. Наиболее выражено снижение СО и NOx.
Снижение СО предположительно связано с ростом содержания кислорода в дымовых газах, что подразумевает возможность полноценного сгорания топлива при снижении избыткавоздуха ниже стехиометрического соотношения. Результаты эксперимента №3 качественно близки к результатам эксперимента №2, что даёт сделать вывод о сохранении механизма воздействия электрического поля на пламя при использованиилюбого углеводородного топлива группы CH в ламинарных и турбулентных. Что всвою очередь допускает эффективное использование электрического поля в котлоагрегатах с горелками, оказывающими существенное воздействие на перемешивание и распространение топливно-воздушной смеси.Выводы по главе 2По результатам эксперимента №1 выявлено:- повышение температуры реакционной зоны пламени при наложении отрицательного напряжения на корпус горелки;- воздействие электрического поля постоянной напряжённости +21кВ характеризуется нестабильностью горения пламени и относится к отрицательным эффектам применительно к котлоагрегатам.- отсутствие воздействия поля напряжённостью 57 В и переменной частотыот 20Гц до 200кГц на пламя.- изменение формы фронта пламени и ближайших высокотемпературныхслоёв связано с повышением частоты столкновений частиц смеси за счёт ограничения степени свободы распространения перпендикулярно эквипотенциальным линиям электрического поля;88- уменьшение длины факела пламени, положительно сказывается на распределении факела в топке котла.Результаты эксперимента с температурными слоями особенно важны дляпонимания процессов, происходящих в топке.
Произвести аналогичные измеренияв топке котлоагрегата невозможно ввиду высокой отражающей способности металлических поверхностей топки и невозможности установить тепловизор в среде стемпературой более тысячи градусов. Данный эксперимент подтверждает повышение излучающей способности факела при воздействии электрического поля.Экспериментальные исследования продуктов сгорания при наложенииэлектрического поля на ламинарное пламя горения природного газа и турбулентноепламя сжигании пропан-бутановой смеси получили следующие результаты:1)При напряжённости до –75 кВ/м – нехарактерные изменения выбросовСО и рост температуры близ напряжённости –50 кВ/м.
Напряжённость –50 кВ/мявляется наиболее эффективной для повышения мощности котельной. При этойнапряжённости отмечается рост температуры и сохранение выбросов СО, что позволяет сократить расходы газа. Участок исследования отличается слабой изменяемостью уровня кислорода в дымовых газа. Механизм воздействия – ионный ветер.Рекомендуется использовать этот диапазон напряжений для поднятия тепловыделения в котлоагрегатах при сохранении уровня вредных выбросов и минимизациизатрат электрической энергии на поддержание электрического поля2)При напряжённости – 75кВ/м отмечается переходный режим. Анало-гично результатам эксперимента №2 характеризуется сменой механизма воздействия ионного ветра на механизм ионизации частиц. Режим рекомендуется принепосредственной увязке с режимами горения котлоагрегата, для снижения концентрации СО в дымовых газах на нижнем пределе обнаружения газоанализатором.
Режим может использоваться как корректирующий для котлоагрегатов имеющих конструктивные изъяны и не позволяющие сжигание углеводородного топлива с концентрацией выбросов СО в атмосферу ниже ПДК, либо для котлоагрегатов установленный в зонах с фоновыми концентрациями СО близкими к ПДК.893)При напряжённости электрического поля в –75 кВ/м отображаются из-менения, связанные с ионизацией частиц и повышением частоты столкновений.Энергия ионного ветра переходит в ионизацию поглощая энергию движения электронов при столкновении.
Отмечается существенный рост доли кислорода в дымовых газах, повышение температуры дымовых газов и снижение концентрации NOxдо 40% от исходного значения. В этом режиме возможно существенное снижениекоэффициента избытка воздуха при сохранении полноты сгорания газа. Данный режим наиболее актуален с точки зрения снижения воздуха, подаваемого на горениеи повышение эффективности котлоагрегата. Чем меньше воздуха находится в камере сгорания, тем выше температура факела, а так же снижение валового выбросавредностей продуктов сгорания.4)При напряжённости –150 кВ/м происходит пробой через пламя.
Дан-ный режим не оказывает воздействие на весь фронт пламени, так как вся энергия,вложенная в поле, проходит через предельно малую часть пламени. Электрическаядуга, проходящая через пламя, не является проходимой для газовой смеси, но является зоной высокой концентрации ионизированных частиц. Данный режим снижает срок службы электродов и не рекомендуется к использованию.90ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙУСТАНОВКЕ4.1.Выбор температуры уходящих газов за конденсационнымтеплообменникомС целью экономической эффективности и охраны окружающей среды осуществляется выбор оптимальной температуры уходящих газов. В данном случае,объектом воздействия на температуру дымовых газов является конденсационныйповерхностный теплообменник КСК, включенный в схему использования теплотыпродуктов сгорания.
Конденсационный теплообменник объединен с водяным экономайзером. Такое конструктивно-компоновочное решение связано с определенными ограничениями. Технологическая связь между водогрейным экономайзероми объектом оптимизации определяется потоком продуктов сгорания и нагреваемойводы.Основные технологические параметры потока продуктов сгорания и нагреваемой воды выбираются и оптимизируются на основе анализа процесса конденсации водяного пара из потока продуктов сгорания на поверхности пучка труб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
