Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема




НазваниеЭффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема
страница2/6
Дата05.12.2012
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5   6

Содержание работы



Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность проблемы, поставлена цель и определены задачи исследования. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первый раздел посвящен анализу объектов исследования и современного состояния проблемы. Представлен аналитический обзор литературы по топливоподготовке, гидродинамическим, молекулярным и тепловым взаимодействиям при сжигании обводненных топочных мазутов, водомазутных эмульсий и водоугольных суспензий. К основным работам в этой области относятся исследования Г. Г. Бруера, А. И. Гапоненко, Г. Н. Делягина,
А. И. Зимина, В. И. Кормилицына, В. А. Кулагина, Н. В. Лаврова, В. И. Мурко, Э. И. Розенфельда, В. П. Ружицкого, Л. М. Цирульникова. Рассмотрены проблемы, связанные с технологией и оборудованием асфальтосмесительных установок (В. Я. Манохин, В. А. Тимофеев, Н. С. Торочешников и др.). Проанализированы методы оценки ущерба от загрязнения атмосферы вредными выбросами (О. А. Трошкин, Л. Д. Гительман и др.).

От АБЗ отходят в атмосферу оксиды серы, углерода, азота, пятиокись ванадия, фенол, формальдегид, высокомолекулярные углеводороды, в том числе, бенз(а)пирен. При использовании отходов в технологическом процессе приготовления асфальтобетона в выбросах АБЗ могут быть стирол, толуол, хлор и другие компоненты. Некоторые из них являются высокотоксичными и обладают канцерогенным и кумулятивным действием.

Качество и количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ существенным образом зависят от организации топочных процессов в смесителе АБЗ. Установлена высокая неравномерность температурного поля в топках сушильного барабана, значительный недожог топлива. Экспериментально определенная эффективность топок в холодный период года составляет 60-65 %. Выявлены минимальные значения эффективности сжигания и высокая неравномерность температурных полей для мазутно-воздушных топок.

Для мазутов, применяемых на АБЗ, характерны высокие вязкость, температура застывания и содержание серы, что влияет на выход SO2. При снижении температуры мазутов до температуры застывания они теряют свою текучесть и приобретают особые вязкие свойства, препятствующие их сливанию, транспортированию по трубам и распыливанию в форсунках. Во избежание образования нежелательных отложений в трубках и арматуре и полной их закупорки необходимо поддерживать постоянную температуру мазута, обеспечивающую его текучесть. По правилам техники безопасности максимально допускаемая температура подогрева мазута в открытых емкостях должна быть не выше 95 °С. В закрытых емкостях под давлением, в трубопроводах и змеевиках температура подогрева мазута может быть выше. В условиях АБЗ подогрев мазута в емкостях осуществляется до температуры 75-80 °С.

Определение дисперсности капель мазута показывает значительную долю капель крупного размера, у которых длина зоны испарения и выгорания значительно больше длины топки, что, как и неравномерность коэффициента избытка воздуха, является причиной низкой эффективности тепловыделения топок АБЗ. При снижении теплонапряженности топки отмечается низкотемпературная эмиссия сажи, которая сопровождается выходом бенз(а)пирена. Изучение этой проблемы показало, что для разложения молекул бенз(а)пирена необходима температура не менее 1100 °С и время выдержки при этой температуре около 10 с, что также требует хорошо организованного режима сжигания топлива.

Время преобразования жидких компонентов в продукты сгорания определяется в основном временем нагрева и испарения капель топлива, а также временем смешения и сгорания оставшейся части топлива. Размер капель горючего влияет на необходимую для полного сгорания длину топки. Приведенная длина ее (отношение длины топки к диаметру) зависит от максимального размера капель горючего.

Важной особенностью горения распыленного жидкого топлива, заслуживающей теоретического объяснения, является также разница в скоростях горения крупных (1000 мкм) одиночных капель, как отмечает Годсейв, и более мелких (53 мкм) капель распыленного топлива, как описано Болтом и Бойлем. Это можно объяснить тем, что отношение радиуса пламени к радиусу капли для более крупных капель составляло 3:1, а для более мелких капель – примерно19:1. Эти наблюдения хорошо совпадают с опытными данными Уайза, Лорелла и Вуда, согласно которым расстояние от поверхности капли до фронта пламени, по-видимому, постоянно и не зависит от радиуса капли.

Потери тепловыделения в рабочих процессах топок меньше всего зависят от химических процессов (менее 1%), смешения компонентов топлива (до 2%), распыления и испарения (до 8%). Модель экономичности топки с учетом эффектов испарения топлива предложена Корсом, Бихемом и Уолкером. Результатом расчета по такой модели являются потери тепловыделения в зависимости от параметров конструкции, вида топлива и рабочих условий. Таким образом, процесс испарения капель мазута является определяющим в оценке оптимальной длины топки, обеспечивающей высокую экономичность – минимум потерь тепловыделения.

Д. Б. Сполдинг считает, что длина топки, требуемая для завершения горения, пропорциональна , где – диаметр капли, – скорость впрыска; плотность капли топлива; – вязкость газа динамическая.

То обстоятельство, что по испарительной модели Д. Б. Сполдинга оптимальная длина топки, необходимая для наиболее полного сжигания мазута, зависит от квадрата диаметра капель, подтверждает предположение о возможности получения необходимой экономичности процесса горения в стандартной топке при его подогреве до температур 100-110 °С на входе в форсунку.

Таким образом, можно сделать вывод, что процесс кондиционирования топлива (топливоподготовка) во многом является определяющим при повышении эффективности топочных устройств. Соответственно важны методы и средства этого процесса, который в свою очередь может быть существенно интенсифицирован с использованием физико-химических механизмов кавитационной технологии.

Для получения водотопливных эмульсий и в ходе топливоподготовки при сжигании обводненных топочных мазутов, водомазутных эмульсий (ВМЭ) и водоугольных суспензий (ВУС) используют различные методы: встряхивание, механическое диспергирование и перемешивание, обработку в роторно-импульсных аппаратах и др. Известны положительные результаты получения устойчивых водомасляных эмульсий и эмульсий «вода – дизельное топливо» с помощью кавитации в различных по конструкции аппаратах.

Технологическое применение эффектов кавитации, а также описание различного оборудования отражено в работах А. М. Балабышко, Г. Г. Бруера, Г. Н. Делягина, Ю. В. Демидова, С. А. Есикова, А. К. Звездина, В. М. Ивченко, В. А. Кулагина, Л. И. Мальцева, А. С. Мачинского, М. А. Маргулиса,
В. И. Мурко, А. Ф. Немчина, М. Г. Руденко, В. П. Ружицкого, А. Шёргера и др., в частности отмечается, что качество сжигания обводненных мазутов и водомазутных эмульсий, водоугольных суспензий существенно зависит от дисперсионных характеристик топлива.

В рассмотренных источниках отмечается, что существенное влияние на формирование характеристик водотопливных смесей оказывают их состав
и свойство органической части, минеральных компонентов, что до настоящего времени не получило должного отражения в литературе. Важную роль играют вид и механизм действия применяемых реагентов-пластификаторов. Анализ известных технологических схем приготовления ВМЭ и ВУС в России и за рубежом (Германия, Китай, США, Япония и др.) показал перспективность их использования в теплотехнологических и энергетических установках. Расширение области их применения лимитируется в различных случаях сложностью, высокой энергоемкостью, дороговизной и другими факторами процесса, что указывает на перспективность направления развития технологии в сторону устранения существующих недостатков.

В этой связи целесообразно использование эффектов кавитационной технологии, достаточно легко реализуемой, энергоэффективной и в ряде случаев не имеющей альтернативы. Использование эффектов кавитации в технологических процессах требует учета особенностей развитых кавитационных течений газожидкостных пузырьковых сред с учетом их физико-механических свойств и привлечения для решения задач суперкавитационных течений комплекса методов, разработанных в различных областях гидрогазодинамики, теплофизики и математики.

Однако при проектировании технологических аппаратов для различных производств с применением гидротермодинамических эффектов кавитации и необходимости учета специфических особенностей конкретного технологического процесса не всегда удается воспользоваться предложенными формулами и методами. Возникает потребность учета различных дополнительных физических факторов, способных влиять на характер течения в проточной части технологического аппарата и технологический процесс в целом. Например, прямые оценки Д. Бренена (1969) и Л. И. Мальцева (1976) подтверждают малое влияние процессов теплопроводности и массодиффузии при кавитационном течении. Однако термические флуктуации «разрыхляют» поверхность паровой каверны (хотя они и малозаметны на фоне развитого течения) и способны влиять на тонкие технологические процессы, требующие, например, прецизионного термостатирования.

Результаты анализа литературных источников подтверждают актуальность работы и целесообразность постановки решаемых в диссертации задач и их поэтапного решения теоретическими и экспериментальными методами.

Второй раздел посвящен расчетно-теоретическим исследованиям на основе математических моделей двухфазных суперкавитационных течений. Использование режимов развитой кавитации для интенсификации и кондиционирования водотопливных смесей требует всестороннего исследования гидродинамических особенностей процесса с целью выбора целесообразных режимных параметров, а также научного обоснования методов проектирования и предлагаемых конструкций оборудования для топливоподготовки. Здесь рассмотрены условия сопряжения и краевая задача гидротермодинамики сферического пузырька в жидкости, позволившая уточнить параметры динамики пузырька. Показано соответствие частных решений классическим (Рэлей и др.), что подтверждает достоверность полученных результатов. Разработаны и реализованы алгоритмы численного решения задач обтекания решетки клиновидных профилей кавитатора технологического аппарата и неподвижного кавитатора произвольной формы суперкавитационного смесителя. Уточнена феноменологическая модель кавитационного воздействия на жидкости, растворы, золи, смеси и твердые границы потоков.

Для каждой фазы (вне и внутри пузырька) законы сохранения, записанные в тензорно-инвариантной форме, дают следующие базовые уравнения:

неразрывности


, (1)


движения


(2)


где – симметричный тензор

напряжений;

притока тепла


, (3)


где – тензор скоростей деформации; – внутренняя энергия.

При передаче тепла в каждой фазе лишь за счет теплопроводности по закону Фурье имеем


. (4)

Для конкретизации среды (газа, пара, жидкости с использованием соответствующих индексов , и ) вводят дополнительные уравнения. Если необходим учет диффузионных процессов, то добавляют уравнение молекулярной диффузии вида


. (5)


Задаются также гидротеплофизические характеристики, конкретизирующие рассматриваемые среды, а именно:


,


с учетом турбулентности внешнего потока жидкости.

Используя подход В. А. Никулина к рассмотрению турбулентных потоков, уточнено влияние вязкости в кавитационных течениях. Если под частицами жидкости кроме молекул, надмолекулярных образований, ассоциатов и турбулентных вихрей понимать и кавитационные микропузырьки и микровихри, образовавшиеся в результате их коллапса, тогда можно сформулировать следующую феноменологическую модель кавитирующей жидкости: кавитационный микропузырек в своей динамике движется в пространстве, структурированном микротурбулентными вихрями, образованными в результате интерференции волн разрежения-сжатия, возникающих в результате пульсации кавитационных пузырьков. Тогда задача сопряжения для пузырька в жидкости может быть замкнута новым реологическим уравнением


, (6)


где – тензорная вязкость, характеризующая внутренний момент импульса элемента жидкости, появляющийся вследствие его деформации при движении. Тогда уравнение (2) может быть записано в виде


. (7)


При записи исходных уравнений, описывающих суперкавитационное течение пузырьковой среды в технологическом аппарате, принимается гипотеза сплошности, т. е. полагается, что в каждом физически элементарном конечном жидком объеме содержится достаточно большое число равномерно распределенных частиц каждой фазы, что позволяет пользоваться осредненными характеристиками потока. Газ (воздух) в пределах бесконечно малого пузырька считается совершенным, находящимся в механическом и термодинамическом равновесии с окружающей жидкостью. Возможно изотермическое расширение газа в пузырьках. Влиянием инерции жидкости на развитие пузырьков пренебрегаем; движение установившееся, безвихревое. Скольжение фаз отсутствует.

Тогда в основу изучения движения такой среды может быть положена модель Аккерета, не учитывающая влияние инерции жидкости на развитие пузырьков, либо динамически неравновесная модель Б. С. Когарко. Для той и другой модели системы уравнений отличаются лишь уравнением связи давления в пузырьке с давлением в жидкости.

Для описанной выше гетерогенной жидкости возможно записать стандартное уравнение неразрывности (1) и движения Эйлера в рамках равновесной модели многофазного континуума:


, (8)


где – плотность смеси; – объемная концентрация газовой фракции.

Скорость звука в высокодисперсной смеси жидкости с парогазовыми пузырьками вычисляют по формуле Маллока


. (9)


Уравнение для объемной концентрации газовой фракции (при условии постоянства массы газа) примет вид


,


уравнение изотермического расширения газа в пузырьке Для замыкания системы уравнений можно использовать уравнение Лапласа (модель Аккерета) , либо уравнение динамики границы пузырька по Рэлею (модель Б. С. Когарко)


.


Линеаризация уравнений движения и неразрывности приводит к волновому уравнению для возмущенных параметров среды. Так, для потенциала скорости


. (10)


При стационарном обтекании тела со скоростью W0 (в системе координат, связанной с телом: x = x1W0t; y = x2; z = x3)


(11)


где равновесная скорость звука может быть определена по формуле Вуда


. (12)


При М0 < 1 преобразованием координат (поперечное сжатие в раз) исходное волновое уравнение (11) приводят к уравнению Лапласа для несжимаемой жидкости:


. (13)


Связь между скоростью в пространстве фиктивной несжимаемой жидкости и физическом пространстве имеет вид


(14)
1   2   3   4   5   6

Похожие:

Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconПрограмма повышения квалификации «Организация малого бизнеса»
Значение и задачи малого предприятия. Жизненный цикл малого предприятия. Как создать успешное малое предприятие. Предпринимательская...
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconПерелік 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
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconПрограмма 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,...
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconП/п Наименование субъекта малого предпринимательства
Забайкальского края субсидий субъектам малого и среднего предпринимательства и организациям, образующим инфраструктуру поддержки...
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconАвтоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconМетодика 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...
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconАвтоматизация 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)
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconОрганизация 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
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconПрограмма 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
Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема iconПрограмма 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...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница