Адаменко Денис Сергійович. Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива

Краткое описание

Адаменко Денис Сергійович. Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива : Дис... канд. наук: 05.14.06 2008

Адаменко Д.С. Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2007.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі розроблених системи й технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.
Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі лінейного розміру вихорів.
Розрахунковим шляхом визначено діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.
Визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом.
Розроблена й адаптована математична модель теплових і газодинамічних процесів в топці парового котла при пульсаційно-акустичному спалюванні палива.
Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла.
Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів і топка котла для здійснення способу, що пройшли промислову апробацію.
Розроблено технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів.

У дисертації вирішена важлива науково-технічна задача підвищення ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.
Основні результати роботи полягають у наступному:
1. На підставі аналізу напрямків підвищення ефективності роботи промислових котлів доведена перспективність використання пульсаційно-акустичного методу спалювання палива на серійних котельних агрегатах.
2. Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі величини лінійного розміру вихорів, що дозволило розрахунковим шляхом визначити діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.
3. На основі математичного моделювання визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом. Порівняння чисельних і експериментальних даних показало, що відносна похибка розрахунку концентрації природного газу за довжиною факела не перевищує 7-15 %.
4. Розроблена й адаптована математична модель газодинамічних і теплових процесів у робочому об’ємі камерної топки котла, яка дозволяє визначати швидкості і температури продуктів згоряння за перерізом топки, характер зміни температур, а також зміну положення максимуму температур за довжиною факела при пульсаційно-акустичному впливі. Порівняння результатів чисельного дослідження та експериментальних даних показало, що, похибка розрахунку температури уздовж вісі факела з використанням моделі не перевищує 5-14%. Отримані значення температур газу, а також дані про зміну положення максимуму температур використано при комплексному аналізі ефективності впливу акустичних пульсацій на показники роботи парового котла.
5. Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла: підвищення температури в топці на 5060ОС, зниження хімічного недопалу палива з 2,0 % до 0,5 %, що відбувається за рахунок інтенсифікації процесів сумішоутворення та переміщення максимуму температур газу до вихідного перерізу амбразури пальників.
6. Розрахунковим шляхом показано, що збудження акустичних пульсацій може помітно підвищити ефективність роботи котла у всіх режимах його експлуатації й цим забезпечити економію палива на виробництво теплової енергії, а саме, в результаті застосування пульсаційно-акустичного спалювання палива к.к.д. котла збільшується на 1,01,5%, питома витрата умовного палива знижується на 0,50,7 кг у.п./ГДж. Річне зниження викидів СО в атмосферу складає 3356 т/рік при незмінному рівні викидів NXOУ.
7. Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів (патент на корисну модель "Спосіб спалювання палива" № 25300) і топка котла для здійснення способу, яка обладнана акустичним поясом для використання енергії відбитих акустичних коливань (патент на корисну модель "Топка котла" № 25608), що пройшли промислову апробацію.
8. Розроблені технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів, на основі яких розроблено технічне завдання на реконструкцію топки парового котла ДКВР-10-13. Очікувана економія природного газу - 114 тис. м3/рік, строк окупності інвестицій менш одного року.