Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема

Скачать 0.57 Mb.

Название	Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема
страница	1/6
Дата	05.12.2012
Размер	0.57 Mb.
Тип	Автореферат

1 2 3 4 5 6

На правах рукописи

КулагинА

Татьяна Анатольевна

эффективность подготовительных процессов
сжигания водотопливных смесей
в топках малого объема

05.14.04 – промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Омск 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный университет инженерной экологии» и ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный консультант:		доктор технических наук, профессор Трошкин Олег Александрович
Официальные оппоненты:		доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Удмуртской Республики Никулин Валерий Александрович
		доктор технических наук, профессор Никифоров Александр Георгиевич
		доктор технических наук, профессор Ненишев Анатолий Степанович

Ведущая организация:	ФГУП НПЦ «Экотехника» (г. Новокузнецк)

Защита состоится 23 октября 2009 года в 14⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.02 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корп. 6, ауд. 340. Тел/факс: (8-3812) 65-64-92, E-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, диссертационный совет Д 212.178.02.

Автореферат разослан «_____» сентября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А. П. Болштянский

общая характеристика работы

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки технических и технологических решений, обеспечивающих высокоэффективное и экологически безопасное сжигание топлива в виде водотопливных смесей в теплотехнологических установках. В значительной степени эффективность сжигания зависит от качества и физических свойств топливной смеси, которые в существенной мере определяются процессом топливоподготовки.

Обеспечение принципа энергоэффективности является одним из важнейших условий функционирования и дальнейшего развития современной промышленности. Начало научных основ энергосбережения положили работы Р. Б. Ахмедова, В. И. Доброхотова, А. Д. Ключникова, А. А. Макарова,
Л. А. Мелентьева, С. И. Коновальцева и др. Проведенный анализ научных и технических публикаций позволяет заключить, что наиболее важной проблемой является развитие интенсивного энергоресурсосбережения, потенциал экстенсивных методов в значительной мере исчерпан.

Практически существуют два альтернативных пути ресурсной и, что не менее важно, экологической эффективности жизнедеятельности:

реконструкция существующих технологических процессов на принципах построения малоотходных производств и безотходных комплексов;

интенсификация производства полезного продукта при одновременном снижении потребления энергетических и материальных ресурсов в результате использования новых наукоемких технологий.

Использование органического топлива является основным источником энергии различных теплотехнологических процессов. В работах Г. Н. Делягина, Н. В. Лаврова, В. И. Мурко, Э. И. Розенфельда, Л. М. Цирульникова и др. отмечается, что качество сжигания мазутов и водомазутных эмульсий существенно зависит от дисперсионных характеристик топлива. Серьезным препятствием на пути широкого применения водомазутной эмульсии (ВМЭ) или водоугольной суспензии (ВУС) является сложность управления реологическими и другими физико-химическими параметрами на этапах производства, транспортировки и сжигания. Интенсификация процессов получения водотопливных смесей возможна с помощью эффектов кавитации, позволяющих оптимизировать их качество и более точно обеспечивать режимы сжигания с целью увеличения полноты сгорания топлива и подавления образования вредных веществ в технологических выбросах непосредственно в источнике их образования. Поэтому задачи совершенствования теплофизических и гидродинамических процессов при сжигании топлива, топливоподготовки с использованием двухфазных топливно-водяных эмульсий (суспензий), улучшения технологических режимов работы топочных устройств с учетом выбросов вредных веществ актуальны и имеют большое научное и практическое значение.

Проблемы организации эффективного сжигания топлив и топливоподготовки на базе критической кавитационной технологии, очистки выбросов, совершенствование методов оценки предотвращенного ущерба определяют комплексный характер исследований данной работы.

Работа выполнена по приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ Пр – 577 «Энергосберегающие технологии», критические технологии «Производство электроэнергии и тепла на органическом топливе», «Системы жизнеобеспечения и защиты человека», «Энергосбережение», а также в рамках научных исследований по Всероссийской программе: «Энергосбережение Минобразования РФ» (2003-2005 гг.), Международному проекту TAСIS по энергосбережению (1998–2000 гг.) и Программе Красноярского краевого экологического фонда (1999–2001 гг.).

Объект исследования – топочные устройства малого объема на примере топочного оборудования сушильных барабанов асфальтобетонных заводов (АБЗ).

Предмет исследования – технологические процессы подготовки водотопливных смесей, получаемых на базе эффектов кавитации.

Цель диссертационной работы состоит в разработке теоретических основ и технических решений по повышению эффективности подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топочных устройствах теплотехнологических систем на основе существенного дополнения и научного обобщения результатов исследований в области кавитационной технологии с учетом снижения вредных выбросов в атмосферу.

Задачи исследований:

Установить факторы, определяющие эффективное распыливание и сжигание ВМЭ и ВУС в топках малого объема, обосновать использование эффектов кавитации в качестве способа получения стабильных водотопливных смесей;
Провести анализ влияния теплофизических и физико-химических механизмов кавитационной обработки на технологические процессы топливоподготовки. Сформулировать модели кавитационного воздействия, механотермолиза и образования эмульсий, суспензий, а также смесей многокомпонентных сред с учетом реологических свойств взаимодействующих веществ;
Экспериментально определить свойства обрабатываемых сред в зависимости от параметров и режимов работы оборудования и средств их реализации при отработке технологических процессов получения воды с модифицированными физико-химическими особенностями и водотопливных эмульсий;
Выявить параметры получаемых водотопливных эмульсий и суспензий (дисперсность, водосодержание, размер твердой фазы) и оценить их влияние на качество сжигания в теплотехнологических установках;
Разработать методы расчета и создать конструкции технологических аппаратов энергоэффективной обработки многокомпонентных сред для получения водотопливных смесей;
Разработать методики оценки предотвращенного экологического ущерба при реконструкции существующих производств и проведении природоохранных мероприятий.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы аналитические и численные методы решений математических моделей. Разработаны и изготовлены экспериментальные стенды, проведены натурные и модельные физические исследования.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

Установлен теплофизический механизм сжигания водотопливных смесей, основанный на вторичном дроблении капель топлива в реакционном объеме; выявлена закономерность влияния размеров капель водотопливных эмульсий (суспензий) на процессы тепломассообмена, полноту сгорания топлива и выход вредных веществ в технологических выбросах теплотехнологических установок;
Разработаны феноменологические модели кавитирующей жидкости и механотермолиза воды, заключающиеся во взаимодействии полей высоких температур и давлений, образующихся при схлопывании кавитационных микропузырьков.;
С помощью физического и математического моделирования обоснованы и реализованы энергоресурсосберегающие технологические режимы получения ВМЭ и ВУС. Впервые получены экспериментальные зависимости влияния параметров технологических процессов топливоподготовки (температуры, скорости, давления, времени обработки, числа кавитации, дисперсности, концентрации, водосодержания, тепломассообмена) на структурные и физико-химические свойства воды и водотопливных эмульсий: выявлено, что наибольшая интенсивность кавитационного воздействия осуществляется при числах кавитации   0,2, что соответствует оптимальным размерам кавитационных пузырьков с точки зрения их эрозионной активности;
Предложены и реализованы методики расчета двухфазного суперкавитационного обтекания лопастных и неподвижных кавитаторов газожидкостным пузырьковым потоком с учетом сжимаемости, позволяющие на стадии проектирования определять рациональные режимы работы и конструктивные размеры технологических аппаратов для обработки водотопливных смесей и других многокомпонентных сред в различных отраслях производства;
Разработана методика оценки предотвращенного экономического ущерба при проведении природоохранных мероприятий, учитывающая различные технологические и конструктивные особенности пылеочистных систем; найден критерий оценки экоэффективности при сопоставлении установок различных конструкций.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что выполненные исследования позволили научно обосновать технические решения, внедрение которых способствует не только повышению эффективности и экологической безопасности сжигания ВМЭ и ВУС в топочных устройствах теплотехнологических установок, но и имеет важное значение при решении проблем энергоресурсосбережения в других технологических процессах, где требуется получение гомогенных гетерофазных смесей.

Внедрение результатов работы проведено Хакасавтодором (Красноярский край, Хакасия) в рамках выполненной в 1989–92 годах х/д НИР «Охрана атмосферы и предложения по предельно допустимым и временно согласованным выбросам для предприятий Хакасавтодора», а также разработанные технологические системы топливоподготовки и пылеочистки внедрены в разные годы на следующих предприятиях:

– Копьевское ДРСУ Хакасавтодора (1992 г.; фактический экономический эффект составил 450 тыс. руб.);

– Березовское ДРСУ Красноярскавтодора (1995 г.; фактический экономический эффект составил 1500 тыс. руб.);

– ОАО «ДПМК Красноярская» (1999 г.; фактический экономический эффект составил 2500 тыс. руб. в текущих ценах).

Технология и оборудование топливоподготовки (ВМЭ и ВУС) используются в технологических процессах отопительных котельных ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс» (2007 г.).

Социальный эффект от использования разработок заключается в снижении воздействия на природную среду, улучшении условий труда.

Основные результаты работы и практические рекомендации приняты к внедрению Решением НПК «Достижения науки и техники – развитию города Красноярска» (1997 г.), Решением Всероссийской НПК с международным участием «Достижения науки и техники – развитию сибирских регионов» (1999 г.) и включены в программу «Энергосбережение в Красноярске на 2000 – 2005 гг.».

Производство малых серий различных кавитационных аппаратов освоено в «ОНО Красноярский опытный завод ГОСНИТИ Россельхозакадемии» (с 1998 г.).

Основные положения и рекомендации диссертационной работы были учтены при разработке Концепции энергосберегающей политики в Красноярском крае (утверждена постановлением администрации Красноярского края от 18.10.99 № 664-п).

Научные результаты исследований использованы в учебном процессе (1996-2006 г.) при разработке курсов лекций и создании учебных пособий (с грифом Минобразования РФ) в Политехническом и Инженерно-строительном институтах Сибирского федерального университета, а также в научно-исследовательской деятельности Теплоэнергетического факультета СФУ.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается комплексным характером исследования, обоснованными расчетными схемами и математическими моделями двухфазных суперкавитационных течений, базирующихся на фундаментальных законах физики, гидрогазодинамики, теплофизики, и подтверждается метрологическими характеристиками использованного оборудования и приборов, удовлетворительным совпадением результатов расчета с экспериментальными данными. Выводы достаточно хорошо коррелируют с результатами, полученными другими исследователями, и не противоречат физическим закономерностям в смежных областях знаний.

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических, вычислительных и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на III и IV Всесоюзной школе-семинаре «Гидродинамика больших скоростей» (Красноярск, 1987; Чебоксары, 1989), Донских экологических чтениях (Ростов-на-Дону, 1988), Всесоюзной НТК «Проблемы экологии и ресурсосбережения. Экоресурс–1» (Черновцы, 1990), XIII Всесоюзном семинаре по электрофизике горения (Чебоксары, 1990), I и III Международном симпозиуме «Физические проблемы экологии природопользования и ресурсосбережения» (Ижевск, 1992; 1997), Республиканской НТК «Актуальные проблемы механизации дорожного строительства»(C.-Петербург, 1992), НПК «Достижения науки и техники – развитию города Красноярска» (Красноярск, 1997), Всероссийской НТК «Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения» (Красноярск, 1998; 1999; 2000; 2004; 2005; 2006), I, II и III Всероссийской НПК с международным участием «Достижения науки и техники – развитию сибирских регионов» (Красноярск, 1999; 2000; 2001), НПК «Проблемы отходов производства и потребления. Пути их решения в Красноярске» (Красноярск, 1999), I и II Международных НПК «Ресурсосбережение и экологическая безопасность» (Смоленск, 1998, 1999), Всероссийской НПК «Проблемы использования Канско-Ачинских углей на электростанциях» (Красноярск, 2000), I и II Всероссийской НПК «Проблемы экологии и развития городов» (Красноярск, 2000; 2001), I, II, III, IV, V, VI и VII Всероссийской НПК по проблемам энергоресурсосбережения (Красноярск, 2000; 2001; 20002; 2003; 2004; 2005, 2006), Научно-практическом семинаре «Разработка механизмов взаимодействия различных субъектов городского сообщества для обеспечения экологической безопасности городской среды» (Красноярск, 2001), II Международной летней школе-семинаре «Гидродинамика больших скоростей» (Чебоксары, 2004), 4-ом Международном конгрессе по управлению отходами «ВэйстТэк-2005» (Москва, 2005), International SYMKOM' 05 (Poland, Lodz, 2005), Национальной конференции по энергетике НКТЭ-2006 (Казань, 2006), IХ Международной летней научной школе «Гидродинамика больших скоростей и численное моделирование» (Кемерово, 2006).

Отдельные результаты работы экспонировались на Международной выставке в Польше (Лодзь, 2005), на Всероссийской выставке с международным участием «Достижения науки и техники – развитию сибирских регионов» (Красноярск, 1999; 2000; 2001) и выставке «Достижения науки и техники – развитию города Красноярска» (Красноярск, 2000; 2002; 2003; 2004; 2005; 2006).

Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка проблемы и задач исследований, разработка, обоснование и формулировка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость, постановка экспериментов, анализ и обобщение результатов, формулировка выводов и рекомендаций для принятия решений. В совместных публикациях автору принадлежит до 80–90 % результатов исследований.

Автор выражает искреннюю признательность докт. техн. наук, профессору В. М. Ивченко, инициировавшему развитие данного научного направления; академику АН УССР Г. В. Логвиновичу; докт. техн. наук, профессору О. А. Трошкину; докт. физ.-мат. наук, профессорам В. М. Журавлеву и В. С. Славину за постоянное внимание и поддержку исследований; докт. техн. наук, профессору В. А. Кулагину, совместные исследования с которым способствовали формированию изложенных в диссертации положений.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 научных работ, из которых 2 монографии, 12 статей в периодических изданиях из списка ВАК, 15 – в сборниках научных трудов, 26 работ в трудах Всесоюзных, Всероссийских и Международных научно-технических конференций, 3 брошюры, 2 авторских свидетельства на изобретения (СССР).

Объем и структура работы. Материалы диссертации изложены на 340 страницах основного текста, включающего 128 рисунков и 30 таблиц. Работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 384 наименований и приложения.

1 2 3 4 5 6

	Программа повышения квалификации «Организация малого бизнеса» Значение и задачи малого предприятия. Жизненный цикл малого предприятия. Как создать успешное малое предприятие. Предпринимательская...		Перелік нормативних документів (НД), які встановлюють вимоги до продукції, що випробовується, та методів її випробувань Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на Рр  19,6 мпа (200 кгс/см2). Технические условия
	Программа учебной дисциплины «разделение многокомпонентных смесей в технологии природных энергоносителей и углеродных материалов» Целью дисциплины является формирование знаний в области технологий разделения многокомпонентных смесей, широко применяющихся в нефтеперерабатывающей,...		П/п Наименование субъекта малого предпринимательства Забайкальского края субсидий субъектам малого и среднего предпринимательства и организациям, образующим инфраструктуру поддержки...
	Автоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)		Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (рд 03-409-01) Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (далее Методика) позволяет провести приближенную оценку различных...
	Автоматизация процессов управления связным многокомпонентным дозированием промышленного производства бетонных смесей с оптимизацией по критерию качества Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)		Организация рекламной деятельности малого торгового предприятия и ее эффективность Д 212. 196. 04 при фгбоу впо «рэу имени Г. В. Плеханова» по адресу: 117997, г. Москва, Стремянный пер., д. 36, ауд. 353
	Программа вступительных испытаний (в форме собеседования) для поступающих в магистратуру по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» Классификация неоднородных смесей и методы их разделения. Материальный баланс процессов разделения		Программа ОАО «Российский банк развития» по поддержке малого и среднего предпринимательства Москва 2006 год Российской Федерации по вопросам развития малого и среднего предпринимательства, определяет понятие «субъектов малого и среднего...

Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема

Автореферат

Ученый секретарь

диссертационного совета А. П. Болштянский

Похожие: