РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объект исследований
Исходя из поставленных в работе задач, основным объектом проведенных
исследований являлись водогрейные жарогазотрубные теплогенераторы малой
мощности для локальных систем теплоснабжения.
Фундаментально-прикладные работы в этом направлении предполагают такие предметы
исследований, как теплообменные процессы в газоходах и эмиссии наиболее
токсичных веществ – оксидов углерода и азота, бенз(а)пирена. Для этого созданы
математические модели, позволяющие проводить расчеты и оптимизацию
технологических и геометрических параметров локальных теплогенераторов.
Структурно- логическая схема исследований (рис.2.1) предусматривает следующую
последовательность их выполнения:
- теплотехнические основы работы жарогазотрубных теплогенераторов, их модели,
методы расчетов и оптимизации параметров;
- физические модели теплообменных и экологических процессов;
- математическое моделирование теплообменных и экологических процессов во
внутреннем контуре теплогенератора;
- моделирование режимов работы топочных камер цилиндрической формы при
изменении тепловых нагрузок;
- рекомендации по оптимизации, расчету и проектированию жаро-газотрубных
теплогенераторов.
Коммунальная теплоэнергетика Украины в настоящее время нуждается в
реформировании с целью создания автономных эффективных технологий, которые
могли бы дополнить традиционные централизованные способы выработки теплоты.
Рис. 2. 1 Структурно-логическая схема исследований
В настоящее время коммунальная теплоэнергетика Украины переживает бум
распространения отопительных котельных небольшой мощности.
В связи с этим актуальной является разработка высокоэффективных
теплогенераторов малой мощности для локального теплоснабжения с четкой
градацией применения различного количества ходов (одноходовые, двухходовые и
т.д.) продуктов сгорания в конструкциях в зависимости от необходимой единичной
тепловой мощности.
При разработке и создании нового оборудования, использующего органическое
топливо, основными требованиями является эффективное использование топлива и
снижения выбросов вредных веществ.
Отличительной особенностью большей части научных и практических разработок
является направленность на решение проблемы снижения выбросов 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.
Ведущими учеными проведено большое количество исследований по изучению
закономерностей образования вредных веществ при сжигании природного газа, где
показано отрицательное влияние на окружающую среду парниковых газов и оксидов
азота [148,149,150].
При разработке перспективных жарогазотрубных теплогенераторов одной из главных
проблем является создание топочных камер, которые наряду с высокими
экономическими и эксплуатационными показателями должны обеспечить минимальные
выбросы вредных веществ из таких теплогенераторов в широком диапазоне изменения
режимных параметров. В последние 10-15 лет отечественные и зарубежные
котлостроительные фирмы ведут интенсивную работу по созданию топочных камер с
организацией сжигания предварительно перемешанных топливовоздушных смесей, с
как можно меньшим коэффициентом избытка воздуха в зоне горения (б = 1,03-1,1).
При внедрении этого способа сжигания в топочных камерах практически всех
ведущих котлостроительных фирм получены концентрации оксидов азота на рабочих
режимах не выше 8-25 млн-1 [151]. Однако при отработке и эксплуатации топочных
камер с сжиганием «бедных» гомогенных топливовоздушных смесей с
вышеприведенными значениями коэффициентов избытка воздуха возникают серьезные
проблемы по обеспечению их надежной эксплуатации и получения гарантированных
показателей по вредным выбросам, что возможно обеспечить при создании топочных
камер, обеспечивающих минимальный выход вредныхвеществ, с использованием
современных методов расчета, экспериментальных исследований и эксплуатационного
опыта.
В соответствии с поставленными в разделе 1 задачами диссертационной работы
определены основные этапы создания и освоения малотоксичных топочных камер
жарогазотрубных теплогенераторов и методы их решения, которые приведены в
табл.2.1
Таблица 2.1
Этапы создания малотоксичных топочных камер
жаро-газотрубных теплогенераторов.
Этапы
Пути решения проблемы и их особенности
Выбор профиля топочной камеры, основных конструктивных и режимных параметров
Осуществляется с учетом параметров жарогазотрубного теплогенератора, вида
топлива, его назначения.
Разработка концепции организации сжигания гомогенных смесей, основных размеров
топочной камеры
С учетом опыта создания малотоксичных топочных камер в Украине и за рубежом.
Составление банка данных наиболее экономичных и экологически чистых топочных
камер.
Выбор конструкции горелки.
Температура металла не должна превышать 800ч830°C, конструкция горелки должна
обеспечивать пластичность и термоустойчивость.
Продолж. табл. 2.1
Экспериментальное исследование процессов смешения топлива с воздухом в модуле
горелки
Получение гомогенных смесей топлива с воздухом в зоне смешения при оптимизации
конструктивных параметров модуля горелки.
5
Расчетное исследование процессов смешения и выгорания с помощью математического
моделирования.
Определение структуры факела по сечениям топочной камеры, оптимизация режимов
выгорания гомогенных смесей с получением минимальных вы