Високоефективні жаротрубні теплогенеруючі установки для локальних систем теплопостачання з газопальниковими пристроями, які регулюються - Автореферат

В умовах безперервного зростання споживання енергоресурсів і збільшення вартості органічного палива виявляється неухильна тенденція щодо економії енергоносіїв, задачею якої є розробка і реалізація програми енергозбереження і перетворення ресурсозбереження у вирішальне джерело задоволення потреб промисловості і комунальної енергетики, що зростають. У звязку з цим актуальною є розробка високоефективних теплогенераторів малої потужності для локального теплопостачання, які комплектуються короткополумяними газопальниковими пристроями, що регулюються за потужністю і відповідними витратами повітря з надійною стабілізацією процесу горіння. Мета дисертаційної роботи полягає в науковому й експериментальному обґрунтуванні енергозберігаючих технологій спалювання природного газу в водогрійних жаротрубних котлоагрегатах та вдосконаленні на цих основах конструкцій теплогенеруючих установок та їх газопальникових пристроїв. Задачі дослідження: · сформулювати теоретичні положення щодо виявлення і кількісної оцінки факторів, які визначаються організацією в пальникових пристроях процесів спалювання природного газу і направлені на інтенсифікацію теплообміну між факелом й циліндричною водоохолоджувальною топковою камерою жаротрубних теплогенераторів; · розробити конструкції пальників для спалювання природного газу в циліндричних топкових камерах з надійною стабілізацією процесу горіння і регулювання попереднього змішання палива з повітрям й витрати останнього у оптимальних межах, що забезпечують ефективне конструктивне виконання камери згоряння і можливість мінімізації викидів шкідливих інгредієнтів з продуктами спалювання палива;Дослідженнями, проведеними в процесі випробувань та доводки різних пальникових пристроїв на вогняних стендах і теплогенераторах, встановлено, що горіння в камері згоряння доцільно оцінювати за параметром, який визначає якість змішання газу з повітрям. Для пальників в жаротрубних теплогенераторах характерний симетричний і рівномірний розподіл газу в повітряному потоці, у звязку з чим основні характеристики факела розглянуто на базі вивчення аеродинаміки топкових пристроїв і принципів регулювання процесу горіння газу у камерах згоряння невеликого розміру, а також аналізу рівнянь витрачання метану, кисню і утворення СО2. Сучасний аналіз рівняння енергії і рівнянь витрачання при горінні метану і кисню дозволив визначити фактори, що впливають на розподіл температури і швидкості газового потоку по перерізу і довжині факела, до яких відносяться: теплова напруга обєму топкового простору, швидкість виходу газоповітряної суміші з пальника, коефіцієнт надлишку повітря і неповнота змішання газу з повітрям. Аналіз продуктів згорання, визначення неповноти змішання газу з повітрям і коефіцієнта надлишку повітря, вимірювання температури факела і швидкості газів проводили, використовуючи електронні газоаналізатори-оптимізатори процесів горіння "ECOLINE Plus та "Uni Gas 3000" виробництва фірми "Eurotron Italiana S.r.I.", що характеризуються дуже малою погрішністю вимірювань (концентрації газових компонентів - ±4%, температури газів - ±0,3ОС, швидкості газів ±0,1 м/с, коефіцієнта надлишку повітря ±0,01). Таким чином, проведені дослідження показали, що, варіюючи неповнотою змішання газу з повітрям у пальнику, коефіцієнтом надлишку повітря і швидкістю виходу газоповітряної суміші з пальника, є можливим при заданій тепловій потужності котла регулювати в істотних межах довжину факела в циліндричних топках жаротрубних теплогенераторів.Теоретично і експериментально виявлені і обґрунтовані характеристики параметрів газоповітряної суміші і конструкції газопальникових пристроїв в поєднанні з оптимальними розмірами камер згоряння жаротрубних теплогенераторів, що забезпечують інтенсифікацію теплообмінних процесів між факелом і циліндричною водоохолоджувальною топкою при мінімальній довжині факела. Факторами, що впливають на довжину факела у циліндричній камері згоряння, значення температури газів у ньому, її розподіл уздовж осі і в поперечному перерізі топки, а також ефективність теплової роботи камери згоряння, є теплова напруга обєму топкового простору, швидкість виходу газоповітряної суміші з пальника, коефіцієнт надлишку повітря, неповнота змішання газу з повітрям в пальнику і відносний діаметр вихідного перерізу пальника.

Основний зміст роботи

1. Теоретично і експериментально виявлені і обґрунтовані характеристики параметрів газоповітряної суміші і конструкції газопальникових пристроїв в поєднанні з оптимальними розмірами камер згоряння жаротрубних теплогенераторів, що забезпечують інтенсифікацію теплообмінних процесів між факелом і циліндричною водоохолоджувальною топкою при мінімальній довжині факела.

2. Факторами, що впливають на довжину факела у циліндричній камері згоряння, значення температури газів у ньому, її розподіл уздовж осі і в поперечному перерізі топки, а також ефективність теплової роботи камери згоряння, є теплова напруга обєму топкового простору, швидкість виходу газоповітряної суміші з пальника, коефіцієнт надлишку повітря, неповнота змішання газу з повітрям в пальнику і відносний діаметр вихідного перерізу пальника.

3. Теплосприйняття поверхнею камери згоряння при номінальних параметрах топкового процесу визначається відношенням діаметра вихідного перерізу пальника до діаметра камери згоряння, оптимальне значення якого складає 0,6.

4. Отримана з використанням методики планування експериментів математична модель впливу конструкційних параметрів пальника і технологічних параметрів формування газоповітряної суміші адекватна теоретичним передумовам і дозволяє одержувати початкові дані при розробці високоефективних жаротрубних теплогенераторів для локального теплопостачання і пальників для організації спалювання в них природного газу.

5. Розроблені метод регулювання параметрів газоповітряної суміші і конструкція блокового газового пальника ГБГ-2,5, які сертифіковані і узгоджені в органах технічної експертизи і забезпечують підвищені в порівнянні з аналогами енергоекологічні показники жаротрубних теплогенераторів, у тому числі збільшення ККД на 1,0 - 10,0% і зниження вмісту NOX в продуктах згоряння до 85 мг/м3.

6. Розроблені жаротрубний теплогенератор типу КВ-ГМ-1,6-95 СН, з ККД, що має 94%, і технічні умови на його виробництво, які пройшли експертизу і сертифікацію в експертно-технічному центрі Держнаглядохоронпраці України.

7. На підприємствах теплопостачання України встановлені і успішно експлуатуються 134 теплогенератори типу КВ-ГМ-1,6-95 СН з газовими пальниками ГБГ-2,5, річний економічний ефект від упровадження яких складає більше ніж 2,5 млн. грн.

1. Губарь В.Ф., Флер М.З. Отопительный котлоагрегат высокой тепловой эффективности // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДДАБА. - Макіївка, 2001- №2(27). - С134-135.

2. Губарь С.А., Лукьянов А.В., Флер М.З. Теплообмен в топочных камерах теплогенераторов с жаровой трубой // Науково-технічний збірник "Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання". - К.: КНУБА, 2002. - №4. - С.46-48.

3. Лукьянов А.В., Губарь С.А., Флер М.З. Исследование процессов переноса теплоты в топках жаротрубных теплогенераторов // Вісник Донецького університету. Серія А - Природничі науки. - 2002. - №1. - С.215-216.

4. Флер М.З., Губарь С.А., Лукьянов А.В., Губарь В.Ф. К вопросу об определении размеров топки теплогенераторов с жаровой трубой // Коммунальное хозяйство городов. Научно-технический сборник. Серия: Архитектура и технические науки. - К.: Техніка, 2002. - №38. - С.179-182.

5. Флер М.З., Лукьянов А.В., Губарь С.А., Яценко А.Г. Зависимость длины факела в топке жаротрубных теплогенераторов от условий работы горелки // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДДАБА. - Макіївка, 2002- №4(35). - С60-62.

6. Флер М.З. Газовая горелка для жаротрубных теплогенераторов малой мощности // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДДАБА. - Макіївка, 2003- №4(41). - С26-28.

7. Губарь В.Ф., Губарь С.А., Лукьянов А.В.. Флер М.З. Исследование влияния на теплофизические характеристики факела в цилиндрической топке и его теплоотдачу геометрических и режимных параметров газогорелочных устройств.// Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - №44(56). С64-71.

8. Губарь С.А., Флер М.З. Температурный и тепловой режимы в топке жаротрубных теплогенераторов для локального теплоснабжения // Коммунальное хозяйство городов. Научно-технический сборник. Серия: Технические науки и архитектура. - Киев "Техника", 2004 Вып. 58- С.121-125.

У роботах, які опубліковані в співавторстві, здобувачу належить: розробка конструктивних й технічних характеристик котла КВ-ГМ-1,6-95 СН [1]; ідея використання щодо оптимізації розмірів топкової камери коефіцієнта інтегрального теплопереносу [2]; формула для визначення інтегральної щільності теплового потоку на стінці топки [3]; формулювання бази факторів, що впливають на коефіцієнт інтегрального теплопереносу в математичній моделі процесу теплообміну в топковій камері [4]; результати експериментальних досліджень впливу на відносну довжину факелу коефіцієнта надлишку повітря, неповноти змішання газу з повітрям і швидкості виходу газової суміші з пальника [5]; результати досліджень зональних теплових потоків і числа інтегрального теплопереносу залежно від відносного діаметра пальника [7]; методика експериментальних досліджень і результати закономірностей вимірювання температури і інтенсивності тепловіддачі в циліндричній топковій камері [8].