Лук'янов Олександр Васильович. Теоретичні основи і способи підвищення енергоекологічних характеристик теплогенераторів для локальних систем теплопостачання

brief description

Лук'янов Олександр Васильович. Теоретичні основи і способи підвищення енергоекологічних характеристик теплогенераторів для локальних систем теплопостачання. : Дис... д-ра наук: 05.23.03 2008

Лук'янов О.В. Теоретичні основи та способи підвищення енергоекологічних характеристик теплогенераторів для локальних систем теплопостачання. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.03 - вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Донбаська національна академія будівництва і архітектури. Макіївка, 2008.
Дисертація присвячена розв’язанню проблем енергозбереження та зниження шкідливих викидів комунальними теплоенергетичними підприємствами - розробці наукових основ і способів підвищення енергоекологічних характеристик жарогазотрубних теплогенераторів локальних систем теплопостачання.
На основі системного підходу розроблені принципи моделювання тепломасобмінних процесів у газоходах жарогазотрубних теплогенераторів, розроблена узагальнена математична модель жаро-газотрубного теплогенератора.
Аналіз багатофакторних експериментів дав можливість встановити основні технологічні параметри, які визначають інтенсивність емісії токсичних речовин, до яких відносяться коефіцієнт надлишку повітря, ступінь перемішування природного газу та повітря, теплова потужність теплогенератора й турбулізація потоку газоповітряної суміші в пальниковому пристрої.
Доведено, що з ростом коефіцієнта надлишку повітря концентрація NOXу продуктах згоряння жарогазотрубних теплогенераторів знижуються.
Дослідження процесів теплообміну в циліндричних топкових камерах жарогазотрубних теплогенераторів малої потужності дозволили установити режимні й геометричні параметри, що визначають ефективність теплової роботи топкової камери, до яких відносяться число Бугера, коефіцієнт надлишку повітря в топці, теплова напруга поверхні топки та відносна довжина топки. Розроблені теорія та методика розрахунку емісії токсичних речовин викидів локальних
котелень із урахуванням різних варіантів розсіювання мають практичне значення при вирішенні нормативно - розрахункових, проектних завдань ефективного зниження впливу забруднень навколишнього середовища.
Математична модель теплообмінних процесів у топкових камерах жарогазотрубних теплогенераторів і її детальне розкриття створює основу для розробки методу конструювання топкової камери, алгоритму й програми розрахунку на ЕОМ її діаметра й довжини за умови оптимізації цих розмірів.

Виконаний комплекс теоретичних, експериментальних і натурних досліджень процесів теплообміну і емісії шкідливих речовин в топкових камерах малого об’єму дозволив розв’язати проблему підвищення теплової та екологічної ефективності жаро газотрубних теплогенераторів для локального теплопостачання. За рахунок встановлення закономірностей впливу режимних і геометричних параметрів на інтенсивність теплообміну та вихід токсичних інгредієнтів вперше розроблені концептуальні основи оптимізації технологічних і конструктивних характеристик жаро газотрубних теплогенераторів.
На основі системного підходу розроблені методики досліджень теплообмінних і екологічних процесів шляхом планування й проведення багатофакторних експериментів, що дало можливість обґрунтувати теоретичні передумови й одержати вихідні дані для оптимізації роботи жарогазотрубних теплогенераторів і зниження викидів ними шкідливих речовин із продуктами згоряння. Встановлені режимні й геометричні параметри, що визначають ефективність теплової роботи топок, до яких відносяться: число Бугера, коефіцієнт надлишку повітря, теплова напруга поверхні топки та відносна довжина топки.
Отримані аналітичні та емпіричні залежності, а також розроблені програми розрахунків і оптимізації технологічних і конструкційних параметрів на ЕОМ дозволяють визначити основні характеристики жарогазотрубних теплогенераторів на етапі конструювання з урахуванням теплової потужності та вимог до викидів забруднюючих речовин.
Запропонована математична модель теплообміну в циліндричних топкових камерах жаротрубних теплогенераторів, що є основою для розробки методу конструювання топкових камер малого об’єму, алгоритму й програми розрахунку на ЕОМ параметричного ряду двоходових жарогазотрубних теплогенераторів за умови оптимізації відносної довжини топкової камери. Доведено, що для теплогенераторів потужністю до 3,0 МВт оптимальне значення відносної довжини топкової камери становить 2,5.
Розроблено "Методику теплового розрахунку газотрубних теплогенераторів малої потужності для локального теплопостачання", яка враховує дифузійну модель теплопереносу в шарі потоку продуктів згоряння, що випромінює. Методика розглянута і затверджена на державному рівні Асоціацією "Укренергоспецмонтаж" і використовується при конструюванні

жарогазотрубних теплогенераторів.
6. Отримані узагальнені рівняння залежності вмісту токсичних викидів у продуктах
згоряння від факторів, які впливають, що дозволяє прогнозувати ці викиди й визначати оптимальні технологічні параметри топкового процесу жаро газотрубних теплогенераторів. Доведено, що з ростом коефіцієнта надлишку повітря концентрація NOXу продуктах згоряння жарогазотрубних теплогенераторів з урахуванням обмежень обсягів топкової камери знижується. Показники емісії забруднюючих речовин, що визначені залежно від значень коефіцієнтів надлишку повітря, дозволяють ефективніше та вірогідніше проводити моніторинг забруднення приземного шару атмосфери при впровадженні жарогазотрубних теплогенераторів.
7. Розроблені рекомендації з раціонального розміщення локальних котелень в селітебній зоні при різноманітному розташуванні джерел викидів з урахуванням розсіювання забруднень продуктів згоряння.
8. Результати роботи впроваджені у вигляді:
- розробки та освоєння підприємством "Артемівськтепломережа" жарогазотрубних теплогенераторів КВ-ГМ тепловою потужністю 0,63; 1,8 Мвт і підприємством "Донецьктепломережа" теплогенераторів "Котон" тепловою потужністю 0,63; 1,0; 1,74 МВт;
- реконструкції котелень КП "Макіївтепломережа" шляхом заміни теплогенераторів
застарілих конструкцій на сучасні жарогазотрубні теплогенератори.
9. Економічний ефект від впровадження результатів досліджень, що направлені на розробку двоходових жарогазотрубних теплогенераторів для локальних систем теплопостачання, склав близько 5 млн. грн.