Диссертация (1141533), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Газ с предварительным смешением подаётся через горелки 1 в топку. В топке установлено 2 кольцевых электрода 12 и 11(схема расположения электродов представлена на Рисунок 27). Электрод 12 служитдля подачи на него высоковольтного напряжения, электрод 11 - для стекания токаот электрода 12, между ними горит факел пламени. Электроды проложены либо вшамотном кирпиче, либо в керамических трубках. После сгорания топлива продукты сгорания поступают в экономайзер 2, откуда выходят в конденсационный97теплообменник 3 с байпасом 9. Каплеуловитель 10 установлен после конденсационного теплообменника для осушения продуктов сгорания.
Далее дымососом 6продукты сгорания удаляются через дымовую трубу для рассеивания.Электрическое поле позволяет воздействовать на факел пламени, повышаяэффективность сжигания газа и изменяя продукты сгорания на выходе. В даннойработе одновременно произведён анализ изменения работы конденсационного теплообменника при установленных электродах в топке котельной, и работы конденсационного теплообменника по изменённым продуктам сгорания от воздействияэлектрического поля на факел пламени.
В результате лабораторных исследованийбыло установлено, что возможно полноценное сжигание газа с коэффициентом избытка воздуха ниже 1, что снижает количество продуктов сгорания при той жемощности котельной установки. При снижении количества продуктов сгорания,проходящих через конденсационный теплообменник, аналогично снизится количество теплоты, поступающей от него к питательной воде.
Также, придётся пересмотреть соотношение воздуха, проходящего через байпас и теплообменник, для поддержания температуры уходящих газов на заданном уровне.424152513Рисунок 27 - Схема расположения электродов и линий электрического поля в топке3 котлаГде:1 – электрод с зарядом, 2 – силовые линии электрического поля, 3 – подводящийкабель в керамической изоляции, 4 – блок коммутации, 5 – заземлённый электрод.984.3. Конструктивные особенности расположения электродов в топкекотла для повышения тепловой мощности и обеспечения полноты сгоранияДля моделирования электрического поля в топке котельной размещалосьдва кольцевых электрода, выполненных из тугоплавких материалов.
Жаропроизводительность пропан-воздушного пламени составляет 19400С с коэффициентом избытка воздуха 1,05. При этом, в исследованиях А.Н. Макарова для ядра факела пламени средняя температура цилиндра составляет 1500 0С, температура продуктовгорения в топке - 1200 0С. Рекомендуется установка электродов выполненных изтугоплавких материалов.
В большинстве случаев оптимальным выбором материалаэлектродов будет являться нержавеющая сталь с температурой плавления - 18000С.Для котлов с большей тепловой напряжённостью, либо с расположением электродов в непосредственной близости от фронта пламени рекомендуется использоватькольцевой элеткрод из вольфрама с температурой плавления 3422 0С . Для котлоагрегатов со сниженной тепловой напряжённостью, либо работающих на болеенизких температурах в топке рекомендуется использование кольцевых электродовиз нихромовой проволоки со снижением электрических затрат на поддержаниеэлектрического поля ввиду высоких характеристик электрической проводимостинихрома с температурой плавления 1400 0С. В данной конструкции электрод 5 расположенный близ среза горелок выполнен из нихромой проволоки толщиной 3мми расположен на стенке из шамотного кирпича. Электрод предотвращает стеканиеэлектрических зарядов поля на стенки котла и корпус горелки, тем самым, предотвращая выход из строя автоматики и коррозию металлических поверхностей котлапри подачи напряжения на электрод 5.
Второй кольцевой электрод выполнен изнержавеющей стали, расположен непосредственно на дальней стенке топки передфронтом пламени. Стенки, выполненные из шамотного кирпича, предотвращаютпробой электрического тока в стенке котла. Крепление электродов производилосьв шамотный кирпич с засверловкой неглубоких отверстий под крепеж. Электриче-99ский ток подводился к электродам по нихромовой проволоке, уложенной в керамические трубочки для изоляции, или проложенной в шамотном кирпиче. Такая конструкция подвода напряжения является оптимальной. Для минимизации подсосавоздуха в котёл и повышения безопасности использования рекомендуется использовать разъёмное изолированное соединение в стенке котла, расположенное междунаружным токоведущим кабелем и кабелем проложенным в топке котла.
Напряжение, подаваемое на электроды, рекомендуется использовать в до пробойном состоянии. При изменении формы факела и сокращение его характерной длинны, рекомендуется подача напряжения на электрод, расположенный близ горелок. Верхним пределом воздействия является пробой через пламя на корпус горелок. На момент настройки параметров электрического поля рекомендуется дополнительныйконтур заземления приложенный к корпусу горелки для предотвращения выходаиз строя автоматики. При расположении электродов на или близ металлических поверхностей котлоагрегата, необходимо предусмотреть изолирующее керамическоекольцо между металлическими стенками котла и электродами. Подача напряженияна электрод расположенный на фестоне, наиболее эффективна для борьбы с вредными выбросами продуктов сгорания.
Рекомендуется размещать кольцо на расстоянии 3-5см от фестона для котлов ДКВР-10/13. Данное расстояние является компромиссом между эффективностью воздействия поля на продукты сгорания и конструктивной надёжностью расположения электродов в топке. При недостижениинеобходимых результатов снижения концентрации вредных выбросов при охватеиспользования всего диапазона допробойного отрицательного напряжения рекомендуется приблизить кольца к фронту пламени и уменьшить диаметр кольца.
Первоначальный размер кольцевого электрода располагаемого на фестоне рекомендуется принимать 2/3 наименьшего размера фестона топки, а другой кольцевой электрод принимать шире размера между краевыми точками горелок формирующихфакел пламени.1004.4. Конденсационный теплообменникТемпература на выходе из экономайзера составляет 140 0С, при этом температуру уходящих газов, с точки зрения эффективного использования газовоготоплива, целесообразно опускать до температуры 35-40 0С с использованием скрытой теплоты конденсации водяного пара (70-80%), содержащегося в продуктах сгорания [103].
Это приводит к 12-14% экономии топливных ресурсов. Далее, уходящие газы попадают в конденсационный теплообменник, где и отдают теплотускрытого парообразования.Теплообменник расположен на выходе из экономайзера с байпасом дымовых газов для возможности регулирования заданной температуры на выходе из дымовой трубы. Далее по ходу движения дымовых газов, установлен каплеуловительдля сбора влаги, не успевшей опасть в конденсатосборник. Дымовая труба не подвергалась изменению.4.5. Изменение режимов работы котла при воздействииэлектрического поля на факел пламениПри подаче напряжения на электроды, расположенные в топке, изменяетсяугол раскрытия факела пламени и скорость горения топлива. Тем самым, факеллучше распространяется по объёму топки и снижает температуру возле дальнейстенки топки, предотвращая перегрев электрода на номинальной мощности. Температура уходящих газов за экономайзером снизилась до 131 0С, при этом вырабатываемая мощность котла поднялась на 7,35%.
Это подтверждают и результаты лабораторной части исследований: при наложении внешнего электрического полятемпература горения поднимается. Так как теплоотдача в топке в большей степенипредставлена излучением [93], то в соответствии с моделью излучения газовоготела теплота, передаваемая излучением, зависит от температуры в четвёртой степени. Также, в соответствии со статьей [104] происходит полная диссоциация H2О,101H2, О2 при значительно более низких температурах, чем в естественных условиях –800 0СH2O → H2O+;(62)H2O++ M → H + OH++ M;(63)OH++ M → H + O++ M; (3)(64)H2 + е → H + H+- 17eV.(65)«Увеличение водородного горения в связи с увеличением водорода в смеси2H2 + O2 = 2H2O + 232 КДж/моль(66)по сравнению с углеродным горением также увеличивает тепловой эффект.Увеличение концентрации H2O в продуктах горения пропана при наложении ВЭПнаблюдали в работах [105] и [106]. Можно предполагать, что с увеличением H 2O впродуктах горения, концентрация CO2 понижается при уменьшении или незначительном увеличении СО, но общая теплопроизводительность возрастает в связи сувеличением водородного горения» [107].Соответственно, изменение мощности при воздействии электрическогополя будет происходить во всех режимах.
Чем меньше факел пламени, тем болееэффективно воздействие поля, так как для смещения меньшего количества частицнеобходима меньшая мощность. При увеличении факела пламени снижается максимально достижимая напряжённость ввиду пробоя тока через пламя на заземлённый электрод.
Воздействие электрического поля при номинальной мощности позволит увеличить количество вырабатываемой теплоты, тем самым обеспечить дополнительных потребителей теплотой. В переходных режимах воздействие электрического поля будет выражаться в экономии топливных ресурсов, так как диссоциация водяных паров выражается приростом теплоты и, следовательно, возможностью снижения топлива, подаваемого на горение.102Изменение мощности котла, Гкал/ч9,9310,6311,49,767,909,48,45Гкал/ч6,197,46,6211,1311,9110,939,948,877,767,056,085,533,655,43,43,263,913,591,433%55%71%% мощности89%99%нормальный режим+теплообменникэлектрическое полеэлектрическое поле + теплообменникРисунок 28 - Изменение мощности опытно-промышленной установки различнойконфигурации4.6. Конденсат в конденсационном теплообменникеПри сгорании метана в стехиометрическом соотношении на 1м3 газа образуется 2 м3 водяных паров.4 + 2О2 → О2 + 22 (67)Выпадающий конденсат в большинстве случаев утилизируют в канализацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
