Дослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Рудик М.А. Дослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу
Дисертація на здобуття магістра за спеціальністю 144 «Теплоенергетика». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024.
Економічнв ситуація в Україні на даний час складається таким чином, що для забезпечення надійного функціонування енергетичної галузі необхідно імпортувати значну кількість паливо-енергетичних ресурсів, зокрема, природного газу. Велика частка природного газу йде на виробництво сталі, мінеральних добрив тощо. Природний газ в значній кількості використовується в комунальній енергетиці, зокрема, в котлах типу
НІІСТУ-5, КВГМ, ПТВМ і ін. різної потужності, парк яких складає понад 1000 штук і які відпрацювали свій ресурс, а також плавильні та нагрівальні печі, повітряні підігрівачі різного призначення, сушила тощо.
Як показують техніко-економічні розрахунки, для підвищення теплової ефективності енергетичного обладнання при мінімальних витратах, необхідно виконувати їхню модернізацію. При цьому треба також враховувати такий фактор, що на змінних режимах роботи обладнання спостерігається значна витрата палива, наприклад, витрата палива, що йде на розігрівання обмуровки топки становить 25-45% від загальної кількості (Ахмедов Р.Б.). Відповідно до цього, кожному режиму роботи обладнання повинна відповідати оптимальна організація тапкового процесу.
Останнім часом у світовій практиці все більша увага приділяється використанню високотемпературних газотурбінних (ГТУ) і парогазових (ПГУ) установок для виробництва електроенергії, цілей теплофікації і в комплексі з паросиловою установкою, що призводить до підвищення термодинамічної ефективності циклу. При цьому виникає проблема спалювання газу в камері вторинного підігріву при нестачі кисню в окислювачі.
Ефективність енергетичного об'єкта в цілому в значній мірі залежить від характеристик топкового пристрою, а також його надійності і довговічності
З точки зору сучасних вимог, які висуваються до пальникових пристроїв, багато їхніх конструкцій мають недостатньо високі техніко - економічні показники, що пов'язано з застарілими методами організації в них процесу спалювання палива. Такі пальники характеризуються, наприклад, вузьким діапазоном стійкої роботи при зміні швидкості повітряного потоку і коефіцієнта надлишку повітря, значними викидами оксидів азоту та вуглецю та ін., неефективною роботою на часткових завантаженнях, що призводить до перевитрати палива.
Таким чином, актуальність виконаної роботи пов'язана з необхідністю економії коштовного газоподібного палива, а також вимогами закону щодо охорони навколишнього середовища від забруднення токсичними продуктами згорання. Вирішення цієї проблеми лежить в площині впровадження в енергетиці, ост і комунальному господарстві України ефективних технологій спалювання палива і відповідних пальників.
Одним з перспективних напрямків роботи по вирішенню вказаної задачі є розробка пальникових пристроїв стабілізаторного типу з мікрофакельним спалювання газу.
На кафедрі ТАЕ «КПІ» виконуються, засновані В.А. Христичем і Г.Н. Любчиком, наукові дослідження з розробки пальників стабілізаторного типу з різними схемами організації сумішоутворення і горіння палива і повітря.
При спалюванні палива в системі порівняно невеликого розміру стабілізаторів призводить до дроблення факелів, збільшення поверхні запалювання, скороченню довжини факелу і підвищенню, в результаті, теплової напруги топкового об'єму (Франк - Каменецький Д.А. та ін.). Використання відповідних схем сумішоутворення газу і повітря дозволяє досягти оптимального співвідношення компонентів горіння в залежності від вимог, що пред'являються до пальникового пристрою.
Мікрофакельні стабілізаторні пальники характеризуються високою ефективністю і зниженим рівнем викидів токсичних полю антів (оксидів азоту).
Загальна потужність пальникового пристрою може змінюватись за рахунок зміни кількості пальникових модулів, кожен з яких являється окремим пальником. Завдяки принципу прямоточності пальники мають знижений аеродинамічний опір.
За результатами випробувань на різних об'єктах встановлено, що застосування пальників стабілізаторного типу при модернізації котлів малої і середньої потужності (3 - 20 МВт) дозволило на 15 - 20% зменшити емісію оксидів азоту, за рахунок прямоточності зменшити опір пальників і знизити витрату електроенергії на привід вентилятора до 15%, підвищити надійність обладнання.
У той же час, досвід показує, що пальники, призначені для роботи з підвищеним коефіцієнтом надлишку повітря, мають знижену ефективність при зниженні цього коефіцієнта і навпаки. Крім того, існують певні труднощі з організацією стійкого горіння при підвищеній швидкості повітряного потоку.
Для подальшого впровадження пальникових пристроїв стабілізаторного типу в енергетиці і промисловості необхідно вдосконалення пальників в напрямку розширення діапазону стійкої і ефективної роботи в широкому діапазоні режимів стосовно швидкості повітряного потоку і коефіцієнту надлишку повітря в залежності від умов роботи агрегату .
В результаті виконаних досліджень розширені і поглиблені відомості щодо геометричних і масообмінних характеристик зони рециркуляції за стабілізаторами, які обтікають повітряним потоком, при подачі газоподібного палива в слід за тілом в ізотермічних умовах і при горінні газу. Виконано аналіз впливу вмісту режимних і конструктивних факторів на процес дифузійного спалювання газу в стабілізаторній системі. Запропоновані методи розширення діапазону стійкої і високоефективної роботи стабілізаторние пальників з мікрофакельний спалюванням газу, в тому числі в умовах збільшення швидкості набігаючого повітряного потоку, розширення діапазону зміни коефіцієнта надлишку повітря. Розроблено узагальнюючі залежності, які дозволяють визначити характеристики існуючих пальникових пристроїв і виконувати попередні розрахунки пальникових пристроїв стабілізаторного типу в залежності від умов роботи.
Опис
Ключові слова
пальник, стабілізатор, дифузійне горіння, газ, повнота згоряння, межі роботи, схеми газороздачі, burner, stabilizer, diffusion burning, completeness of combustion, work limits, gas distribution schemes
Бібліографічний опис
Рудик, М. А. Дослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу : магістерська дис. : 144 Теплоенергетика / Рудик Максим Андрійович. – Київ, 2024. – 166 с.