Реферат: Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива

Інтенсивність вигоряння газу за довжиною факела, а, отже, і концентрація газу визначалася за зміною щільності газоповітряної суміші, що підтверджувалося результатами експериментів. При цьому зміна концентрації газу підкорялася рівнянню . Значення показника ступеня який дозволяє врахувати розміри вихорів, визначається рішенням рівнянь (1-3):

, (4)

, (5)

(6)

де - вихідне значення щільності газоповітряної суміші (кг/м³ ); - швидкість просування фронту горіння в газоповітряній суміші, м/с; - час повного вигоряння вихору за довжиною факела, с; Т₀ – температура запалювання газоподібного палива, К; Т_К – температура газів наприкінці процесу горіння, К.

Для перевірки адекватності математичної моделі, проведено серію фізичних експериментів з аналізу процесу вигоряння природного газу в об’ємі турбулентного дифузійного факела. Характеристика досліджених режимів при різних витратах природного газу () наведена в табл. 1.

Таблиця 1

Характеристика режимів дифузійного спалювання природного газу

Режим спалювання	Re103	uCP , м/с	10-4 , м3 /с
Перехідний	3,6	5,0	3,93
	5,0	7,0	5,50
Розвинений турбулентний	8,0	10,0	7,85
	11,0	15,0	11,78

При проведенні досліджень аналізувався вплив діаметра турбулентних вихорів (d_В ) на характер вигоряння газоподібного палива. Розмір турбулентних вихорів змінювали шляхом установки на зрізі пальника сітки з діаметром отворів =0,002 м, що дозволило провести дослідження в діапазоні =0,00020,004 м.

Характер зміни концентрації природного газу за довжиною факела визначався за зміною концентрації СО₂ у продуктах згоряння.

Порівняння чисельних і експериментальних даних показало, що розроблена модель, якісно й кількісно відповідає реальному процесу вигоряння палива в об’ємі турбулентного факела. Відносна похибка розрахунку концентрації природного газу за довжиною факела не перевищує 7-15 %.

З використанням математичної моделі було проведено чисельні дослідження процесу вигоряння природного газу в об’ємі турбулентного факела в діапазоні варіювання вихідних даних (див. табл. 2), характерних для роботи котла ДКВР-10-13 з пальникомГМГ5,5/7 при різних відносних теплових навантаженнях () на котел.

Таблиця 2

Діапазони варіювання вихідних даних

	dВ , мм	Re105	uCP , м/с	, м3 /с
0,51,5	120	1,44,3	3,09,0	0,0820,246

Результати розрахунково-теоретичних досліджень у вигляді зміни відносної концентрації природного газу за довжиною факела () представлені на рис. 2.

Аналіз результатів розрахунку показав, що концентрація горючого газу за довжиною факела в значній мірі залежить від розмірів вихорів, а, отже, від інтенсивності сумішоутворення. Вигоряння газу в об’ємі вихорів d_В =15 мм є локальним або об'ємним вибухом залежно від характеру перемішування палива з повітрям. Організація спалювання газу з домінуючим масштабом вихорів d_В =15мм може негативно позначитися на роботі паливовикористовуючого агрегату. Вигоряння газу в об’ємі вихорів середнього масштабу d_В =510 мм є з погляду теорії горіння об'ємним вигорянням газу, а в об’ємі вихорів d_В >10 мм – поверхневим.

Розрахунково-теоретичні дослідження дозволили визначити 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.

На основі математичної моделі встановлено вплив лінійного розміру вихорів на вид амплітудно-частотної характеристики факела

, Гц , (7)

що дозволило уперше розрахунковим шляхом визначити діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.

У третьому розділі розроблена й адаптована математична модель теплових і газодинамічних процесів у топці парового котла при пульсаційно-акустичному спалюванні палива.

В основу математичного моделювання покладено спільне рішення диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку в об’ємі камерної топки. У результаті визначені швидкості та температури продуктів згоряння за перерізом топки, характер зміни температур, а також зміна положення максимуму температур за довжиною факела при пульсаційно-акустичному впливі.

Об'єктом математичного моделювання була топка парового котла ДКВР-10-13. Розрахункова схема топки котла, що показує її конфігурацію, розміщення пальників, місце розташування вихідного газоходу й конструктивні розміри топки, представлена на рис. 3.

Для математичного моделювання, відповідно до фізичної суті процесів, що відбуваються, об’єм топки розділено на дві частини (див. рис. 3).

Перша частина (з боку пальників) з газодинамічної точки зору представляє собою струминний плин газу безпосередньо перед пальниками. Профілі швидкості тут описуються рівнянням Шліхтінга. Струминний плин газу вдалині від пальника деформовано внаслідок втікання газу в потенційну область плину. Деформація профілю швидкості в цьому випадку відбувається за експоненціальним законом, а швидкість газу визначається рівнянням, отриманим у результаті рішення рівняння Ейлера методом власних функцій:

, (8)

де u_Ш – швидкість газу в перерізі струменя відповідно за профілем Шліхтінга; - радіус вихідного перерізу пальника; - коефіцієнт члена ряду, .

Для визначення швидкостей газу в другій частині топки, з потенційним плином газу, використане рішення рівняння Лапласа методом власних функцій. Власні функції для розглянутої задачі мають вигляд:

Х=, (9)