Дослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБутовський, Леонід Сергійович
dc.contributor.authorРудик, Максим Андрійович
dc.date.accessioned2024-06-12T12:48:06Z
dc.date.available2024-06-12T12:48:06Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractРудик 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.
dc.description.abstractotherRudik M.A. M.A. Research on methods of increasing the efficiency of stabilizer burners during microflare gas combustion The dissertation for the degree of the Magister in the specialty 144 «Heat Power Engineering». - Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv, 2024. One of the features of the heat and power industry of Ukraine is a certain dependence on the import of fuel and energy resources, in particular, gaseous fuel - natural gas. Much of this fuel goes to the production of cast iron, steel, cement, fertilizers, etc. Significant potential of fuel-using equipment consists of boiler plants of industrial and municipal energy such as NIISTU-5, KVGM, PTVM, and others. of various capacities, the fleet of which - more than 1000 pieces have exhausted their resource, as well as melting and heating furnaces, air heaters for various purposes, dryers, etc. The most realistic way to increase the efficiency of these plants, at minimal cost, is to upgrade them. Experience shows that in the heat balance of thermal power plants heat consumption in variable modes, such as heating the furnace masonry, is 25-45% of the total heat consumption (Akhmedov R.B.). Accordingly, there is a task to ensure the mode of operation, in which certain operating conditions correspond to the most optimal scheme of organization of the combustion process - adjustable optimum. Recently, in world practice, more and more attention is paid to the use of high-temperature gas turbine (GTU) and steam-gas (PGU) installations for electricity production, district heating purposes and in combination with steam power plants, which increases the thermodynamic efficiency of the cycle. There is a problem of gas combustion in the secondary heating chamber in the absence of oxygen in the oxidant. One of the main elements that largely determines the efficiency of the facility that uses fuel is the burner device. The performance of the unit as a whole largely depends on the performance characteristics, reliability and durability of the burner. Analysis of burners shows that a significant part of them do not have high enough, in terms of modern requirements, technical and economic characteristics, due to outdated methods of organizing their work process. Such burners are characterized, in particular, by a narrow range of stable operation when changing the air flow rate and excess air ratio, significant emissions of nitrogen and carbon oxides, etc., inefficient operation on partial loads, which leads to fuel consumption. Thus, the relevance of the proposed work is determined by the need to save scarce gaseous fuel and legal requirements for environmental protection from pollution by toxic combustion products by introducing into the energy, industrial and communal services of Ukraine high-efficiency technologies of fuel combustion and burners. A promising direction in solving this problem is the use of burners with micro flare (microdiffusion) combustion of gas in the system of stabilizers, which flow around the air flow. At the department of TEU T and NPP NTUU "KPI" are performed, founded by V.A. Hristich and G.N. Lyubchyk, scientific research on the development of stabilizer-type burners with different schemes of organization of mixture formation and combustion of fuel and air. The organization of the fuel combustion process in the system of microvolumes, and the associated increase in the ignition and combustion surface, allows to increase the intensity of combustion and thermal stress of the furnace volume and reduce the length of the torch (Frank-Kamenetsky D.A., etc.). Micro flare burners of the stabilizer type showed high efficiency when changing the mode parameters, and reducing the residence time of the reaction products in the zone of high temperatures also leads to a decrease in emissions of toxic nitrogen oxides (Sigal I.Ya., Tumanovsky A.G., etc.). When micro-flare fuel combustion in the system of stabilizers provides the ability to develop burners of different power by changing the number of individual modular elements. Due to the principle of accuracy, the burners have reduced aerodynamic drag. According to the results of tests at various sites, it was found that the use of stabilizer-type burners in the modernization of low and medium power boilers (3 - 20 MW) allowed to reduce emissions of nitrogen oxides by 15 - 20%, due to accuracy reduce burner resistance and reduce energy consumption of the fan drive up to 15%, increase equipment reliability. At the same time, experience shows that burners designed to work with a high ratio of excess air have reduced efficiency when reducing this ratio and vice versa. In addition, there are some difficulties with the organization of stable combustion at high air flow rates. In order to increase the performance of power and industrial units, it is necessary to improve the burners of the stabilizer type in the direction of expanding sustainable and efficient operation at high and low coefficients of excess air, high air speeds, providing control over the length and structure of the torch depending on the design and operating conditions. As a result of the performed researches the information on geometrical and mass transfer characteristics of a recirculation zone on the stabilizers flowing through an air stream, at supply of gaseous fuel in a trace behind a body in isothermal conditions and at gas combustion is expanded and deepened. The analysis of the influence of the content of regime and design factors on the process of diffusion combustion of gas in the stabilization system is performed. Proposed methods for expanding the range of stable and highly efficient operation of stabilizer burners with micro flare gas combustion, including in terms of increasing the speed of the oncoming air flow, expanding the range of changes in the ratio of excess air and reducing the oxygen content in the oxidant. Researches and methods of influence on characteristics of steady work (torch ignition, poor and rich disruptions), intensity of burning in burners at combustion of gaseous fuel of variable structure with variable concentration of ballast impurity in fuel gas are executed. Recommendations for preliminary calculation of stabilizer-type burner devices depending on operating conditions have been developed.
dc.format.extent166 с.
dc.identifier.citationРудик, М. А. Дослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу : магістерська дис. : 144 Теплоенергетика / Рудик Максим Андрійович. – Київ, 2024. – 166 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/67125
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectпальник
dc.subjectстабілізатор
dc.subjectдифузійне горіння
dc.subjectгаз
dc.subjectповнота згоряння
dc.subjectмежі роботи
dc.subjectсхеми газороздачі
dc.subjectburner
dc.subjectstabilizer
dc.subjectdiffusion burning
dc.subjectcompleteness of combustion
dc.subjectwork limits
dc.subjectgas distribution schemes
dc.subject.udc621.43.056:623.15
dc.titleДослідження методів підвищення ефективності стабілізаторних пальників при мікрофакельному спалюванні газу
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Rudik_magistr.pdf
Розмір:
8.72 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ТАЕ)
Магістерські роботи