РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Объект исследований
Объектом исследований данной работы являются жаротрубные теплогенераторы малой мощности для локального теплоснабжения. В условиях активного поиска резервов экономии топливно-энергетических ресурсов перспективным направлением являются исследования, связанные с теплогенераторами малой мощности, которыми оборудуются отопительные котельные жилищно-коммунального сектора. Перед отопительно-коммунальной теплоэнергетикой стоит очень важная комплексная задача - повышение экономичности сжигания топлива и защита атмосферного воздуха от загрязнений токсичными веществами с выбрасываемыми продуктами сгорания топлива.
Стальные жаротрубные теплогенераторы получают широкое распространение при локальном теплоснабжении, как в Украине, так и за рубежом. Распространение этих теплогенераторов связано с удобством изготовления агрегатов полной заводской готовности, а оборудование котлов современными интеллектуальными системами автоматики обеспечивает надежность их работы и высокие технико-экономические показатели. Вместе с тем в комплексной проблеме антропогенного загрязнения окружающей природной среды особое значение представляют вопросы загрязнения воздушного бассейна селитебных мест. В плотно застроенных частях городов происходит застаивание загрязненного различного рода токсикантами воздуха. Значительная доля в загрязнении принадлежит котельным.
Отличительной особенностью большей части научных и практических разработок является направленность на решение проблемы для мощных источников выбросов. В тоже время при переходе на децентрализованное и локальное теплоснабжение источники теплоты располагаются преимущественно в черте городской застройки и имеют относительно невысокие дымовые трубы.
За последние 25 лет проведено большое количество работ по изучению закономерностей образования вредных веществ при сжигании природного газа, где показано отрицательное влияние на окружающую среду оксидов азота, которые определяют токсичность продуктов сгорания на 90-95% [107, 131, 132].
Модель процесса горения топлива является многофакторной и многоэкстремальной задачей, не имеющей до настоящего времени однозначного аналитического решения. В этой связи, при исследовании процессов горения в топках котлов и образующихся продуктов сгорания общепринятым является экспериментальный метод.
С целью повышения энергоэкологической эффективности работы изучены процессы теплообмена в цилиндрической топке и характер влияния технологических параметров сжигания природного газа на эмиссию оксидов азота. При комплексном подходе к исследованию этих процессов необходимо изучить как эффективность теплообменных процессов между газами и нагреваемым теплоносителем, так и определить направления снижения концентрации NОх в дымовых газах.
На основании определенных в разделе 1 задач диссертационной работы была разработана блок - схема исследований, представленная на рис.2.1 [133].
Сущность каждого этапа исследований заключалась в следующем:
- устанавливалась зависимость коэффициента теплообмена в топочной камере от ее индивидуальных геометрических и технологических режимных факторов;
- изучалось влияние определяющих факторов на выход оксидов азота с продуктами сгорания природного газа в жаротрубных теплогенераторах малой мощности.
Рис.2.1 Блок-схема комплексных исследований теплопереноса и процессов образования оксидов азота в топке жаротрубного теплогенератора
2.2. Экспериментальная установка по исследованию процессов теплообмена и эмиссии оксидов азота в топочной камере жаротрубного теплогенератора
В соответствии с поставленными задачами исследований была создана экспериментальная установка, отвечающая следующим основным требованиям:
- возможность измерения температур, локальной и суммарной теплоотдачи к стенкам камеры сгорания, а также состава газов, в том числе содержания в них оксидов азота;
- симметричное относительно оси горелки распределение топлива в потоке воздуха;
- обеспечение на срезе горелочного устройства заданной неполноты смешения газа с воздухом;
- непрерывный контроль неполноты смешения газа с воздухом на срезе горелки при наличии горящего факела;
- обеспечение заданной турбулентности газовоздушного потока на срезе горелки.
Схема экспериментальной установки приведена на рис.2.2. Она включает водоохлаждаемую камеру сгорания 1 со штуцерами для подвода и отвода воды, в которой выполнены лючки 29 для ввода датчика газоанализатора "EcoLine Plus". На поверхности внутренней трубы топки и на наружной поверхности крепились по 5 температурных датчиков DS 1921. С торца к камере сгорания 1 крепится фронтовая плита 16, на которой с одной стороны установлен горелочный камень 4 с конической амбразурой 5, а с другой - дутьевой запальник 6 и опытная горелка 2 диаметром dг=50 мм и общей длиной l/dг=20. Для визуального наблюдения выполнена гляделка 7. Перед устьем горелки 2 при необходимости устанавливался завихритель 13. На срезе горелки 2 размещена нихромовая нить 14 для стабилизации факела, которая подключена
к автотрансформатору 15.
Рис. 2.2 - Экспериментальная установка по исследованию процессов теплообмена и эмиссии оксидов азота в топочной камере жаротрубного теплогенератора: 1- водоохлаждаемая камера сгорания; 2- горелка; 3- сменный насадок; 4- горелочный камень; 5- амбразура; 6- запальник; 7- гляделка; 8- температурные датчики DS 1921; 9-кран подачи газа; 10- расходомер; 11, 12, 20- микроманометр; 13- завихритель; 14- нихромовая нить; 15- трансформатор; 16- фронтовая плита; 17- газоанализатор "EcoLine Plus"; 18- газоподводящая трубка; 19- планка фиксирующая; 21- интегральная трубка; 22- пакет пластин; 23- воздуховод; 24, 26- шибер; 25- вентилятор; 27- дымосос; 28- дымовая труба; 29- лючки; 30- патрубок подвода воды; 31-патрубок отвода воды; 32- расходомер воды.
В устье опытной горелки 2 устан