Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема




НазваниеЭффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема
страница5/6
Дата05.12.2012
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5   6






Рисунок 19 – Зависимость 0 =f (tобр) для водопроводной неотстоявшейся воды:  – Ar;  – N2; х – He при исходной концентрации О2 40 %

случае, когда плотность несущей фазы больше плотности дисперсной. Применение водотопливных эмульсий в двигателях внутреннего сгорания приводит к снижению твердых и газообразных (СО, СО2, NOx) выбросов.

В области изменения свойств воды установлено, что в результате гидродинамической обработки ее физические характеристики существенно изменяются и сохраняются достаточно длительное время (до 7–10 суток), что позволяет использовать модифицированную воду в различных технологических процессах.

На рисунке 19 показано нарастание равновесной концентрации Ск в среде инертных газов и азота, влияющих на интенсивность и характер кинетики процесса кислородонасыщения. Характер изменения кислородонасыщения в среде азота обусловлен образованием NO, NO2, HNO2, НNО3, связывающих кислород и гидроксильные радикалы, что подтверждается результатами и выводами работ для случая ультразвуковой кавитации.

Возбужденная молекула воды, наряду с излучением и диссипацией избыточной энергии в тепло, может диссоциировать. Увеличение концентрации О2 идет за счет гидродинамического кавитационного термолиза воды на и протекания реакций.

На рисунке 20 приведена зависимость интенсивности хемилюминесценции для бидистиллята. Изменение рН воды в результате кавитационной обработки происходит за счет образования различных химических соединений, выход которых зависит от режима обработки, наличия в воде примесей и газосодержания. Термолиз воды приводит к синтезу H2O2, что способствует понижению рН. Обработка в среде азота повышает кислотность системы за счет образования HNO2 и HNO3. Существенное влияние на кислотно-щелочные свойства оказывает концентрация СО2, величина которой может изменяться в результате обработки. Известно об увеличении щелочности системы в результате обработки ее в ультразвуковом поле средних частот
(22 кГц). Относительное изменение рН при воздействии гидродинамической кавитации в зависимости от длительности обработки показано на рисунке 21.

Полученные результаты качественно соответствуют основным зависимостям, полученным на базе ультразвуковых генераторов кавитации, что подтверждает вывод о кавитационном механизме исследуемых реакций и по-



Рисунок 20 – Кинетические кривые интенсивности хемилюминесценции в бидистилляте (С0 = 100 %): 1 – обработка бидистиллята в атмосфере воздуха, tобр = 60 с; 2 – необработанный бидистиллят



Рисунок 21 – Зависимость 0 =f (tобр)
в атмосфере воздуха (С0=100 %):
1 – бидистиллят, рН0 = 5,4; 2 – неот-стоявшаяся водопроводная вода,
рН0 = 7,0



лучении метастабильных состояний, независящем от метода возбуждения кавитации. Экспериментально подтвержден механизм гидродинамического кавитационного термолиза воды с образованием О3 и H2О2.

Таким образом, под действием кавитации в водном растворе, содержащем инертные и активные газы, возможно осуществление разнообразных химических реакций. Кавитационное инициирование их сводится к ионизации и возбуждению молекул воды, благородных и активных газов, а также к диссоциации молекул воды. Каждый из этих процессов осуществляется за время t ~ 10–14 с. В связи с тем, что продолжительность конечной стадии коллапса пузырька t ~ 10–9–10–8 с, становятся возможными процессы передачи энергии и перезарядки с участием молекул инертных газов, идущие в газовой фазе по уравнениям


,


Наряду с указанными, в кавитационной полости протекают реакции трансформирования радикалов с участием химически активных газов и рекомбинации радикалов за время t ~ 10–7–10–6 с. В результате этих процессов после схлопывания кавитационного пузырька в раствор переходят продукты радикального разложения молекул H2O и рекомбинации радикалов, обнаруженные с помощью метода спиновых ловушек, что приводит к накоплению в воде молекулярного O2, H2O2 и других соединений. Высокая скорость протекания реакций свидетельствует о том, что они происходят непосредственно в зоне кавитационных воздействий.

Из вышеизложенного следует, что при получении водотопливных смесей задействованы достаточно сложные физико-химические механизмы, инициированные режимами развитой кавитации и способствующие получению ВМЭ, ВУС и других смесей с уникальными свойствами.


основные результаты и выводы


На основе комплексного анализа и обобщения результатов исследования разработаны и научно обоснованы методы и средства повышения эффективности 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. К наиболее значимым относятся следующие результаты:

1. На основе установленных закономерностей влияния параметров технологических процессов (температуры, скорости, давления, времени обработки, числа кавитации, дисперсности, концентрации, водосодержания, тепломассообмена) на физико-химические свойства воды и водотопливных смесей разработаны теоретические и технические решения использования кавитации в процессах топливоподготовки и сжигания жидких топлив в топках малого объема, применение которых в промышленной теплоэнергетике, теплотехнологии и др. позволяет получить существенный энерго- и ресурсосберегающий эффект (до 30 %) с высокой степенью экологической безопасности;

2. Разработаны и реализованы математические модели двухфазных суперкавитационных потоков в технологических аппаратах при обтекании одиночного профиля, решеток пластин и профилей, а также при течении в проточном реакторе. На основе математического моделирования и результатов экспериментальных исследований предложены новые методы расчета технологических аппаратов топливоподготовки, позволяющие в процессе проектирования производить оценку и выбор режимов работы и технологических параметров производства с учетом выполнения условий энергоэффективности, экологической безопасности и иных специфических особенностей технологических процессов;

3. Установлено, что при воздействии на воду полей высоких давлений (до 100 МПа) и температур (до 2000 °С), образующихся при схлопывании кавитационных микропузырьков, возникает явление механотермолиза – в воде инициируются механохимические реакции с образованием О2, Н2, Н2О2, ОН (в ходе рекомбинации радикалов), в результате деструкции образуются свободные водородные связи, возникает явление хемилюминесценции, что, в свою очередь, влечет за собой изменение электропроводности, поверхностного натяжения, кислородосодержания и рН среды; время релаксации указанных свойств до 7–10 суток позволяет использовать их в различных технологических процессах. Выявлено, что наибольшая интенсивность кавитационного воздействия осуществляется при числах кавитации   0,2, что соответствует размерам кавитационных пузырьков R = 20–50 мкм, характеризующихся наибольшей эрозионной активностью;

4. При сжигании водомазутной эмульсии, полученной в результате кавитационной обработки, распределение капель по фракциям становится более равномерным. За счет вторичного дробления капель в топочном объеме увеличивается полнота сгорания топлива и, как следствие, происходит снижение сажеобразования. Наибольший эффект достигается при размерах капель воды в ВМЭ  1–1,5 мкм с водосодержанием 15–20 %: концентрация NOx снижается в 2–5 раз, сернистого ангидрида – в 2–4 раза, содержание сажи в выбросах – до 0,75 % по твердым составляющим; в источнике подавляется образование СО, СН4 и бенз(а)пирена. Получены характеристики основных показателей процесса осаждения водной фазы в топочном мазуте М100 в зависимости от концентрации и дисперсности водной фазы, температурного и временного факторов. Замена мазута на ВМЭ приводит к снижению неравномерности температурного поля в топочном объеме до . На этой основе предложены новые энергоэффективные технологические режимы топливоподготовки. Показано, что гидродинамическая кавитационная диспергация является наиболее целесообразной по сравнению с другими способами топливоподготовки. Предлагаемая обработка оказывается примерно в 10–15 раз экономичнее по удельным показателям;

5. Выявлены зависимости физических параметров ВУС (поверхностное натяжение, электропроводность, кислотность, седиментационные и фильтрационные характеристики, гранулометрический состав и др.) от режимных параметров кавитационной обработки, позволяющие разрабатывать режимы приготовления ВУС c приемлемыми для использования в теплотехнологических установках параметрами. Предложен метод получения ВУС без использования химических добавок и пластификаторов. Получена водоугольная суспензия, имеющая динамическую вязкость 1,35÷1,40 Па·с при скорости сдвига 9 с-1, седиментационную устойчивость более 10 суток, кДж/кг (2268,7 ккал/кг) для () и кДж/кг (2326,9 ккал/кг) для (), что позволяет эффективно применять ее в теплотехнологических установках;

6. Разработана новая методика оценки предотвращенного экономического ущерба при проведении природоохранных мероприятий, учитывающая различные технологические и конструктивные особенности пылеочистных систем. Предложен критерий оценки эффективности при сопоставлении установок различных конструкций;

7. Созданы новые суперкавитационные технологические аппараты и схемы их использования в различных производствах, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения, позволяющие снизить капитальные и эксплуатационные затраты и интенсифицировать производство примерно на 30 %. Разработана, исследована, усовершенствована и внедрена в производство новая конструкция комбинированного мокрого пылеуловителя, позволяющая достичь эффективности очистки 98,8 %, простого в изготовлении и эксплуатации.

Основное содержание работы отражено в публикациях:

  1. Кулагин, В. А. Моделирование двухфазных суперкавитационных потоков: монография / В. А. Кулагин, А. П. Вильченко, Т. А. Кулагина; под ред. В. И. Быкова. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. – 187 с.

  2. Кулагина, Т. А. Технологические суперкавитационные аппараты и установки / Т. А. Кулагина, Л. В. Кулагина. Крупномасштабные гравитационные гидродинамические трубы: монография. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – Гл. 5. – С. 186–242 с.

  3. Кулагина, Т. А. Теоретические основы защиты окружающей среды / Т. А. Кулагина, Е. П. Грищенко. – Красноярск: КГТУ, 1996. – 140 с.

  4. Кулагина, Т. А. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб. пособие / Т. А. Кулагина. 2-е изд., перераб. и доп. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. – 332 с. [Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям: «инженерная защита окружающей среды», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», направления подготовки дипломированных специалистов «Защита окружающей среды»].

  5. Физика атмосферы и гидрофизика: учеб. пособие / Т. А. Кулагина, Б. Ф. Турутин, А. И. Матюшенко, В. А. Кулагин. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 499 с. [Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям: «инженерная защита окружающей среды», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», направления подготовки дипломированных специалистов «Защита окружающей среды»].

  6. Энциклопедия обращения с отходами: Справочное издание / А. И. Матюшенко, Т. А. Кулагина, Г. П. Крючков, Л. Н. Горбунова; науч. ред. А. И. Матюшенко. Москва – Смоленск: Изд-во «Маджента», 2007. 472 с.

  7. Кулагина, Т. А. Экономическая эффективность осуществленных природоохранных мероприятий / Т. А. Кулагина, Л. А. Тарасова, О. А. Трошкин и др.// Химическое и нефтяное машиностроение – 1992. –
    № 4. – С. 48–50.

  8. Кулагин, В. А. Краевая задача обтекания решетки профилей в пузырьковом потоке жидкости / В. А. Кулагин, А. П. Вильченко, Т. А. Кулагина // Компрессорная техника и пневматика – 1999. – № 3–4 (22–23). – С. 57–81.




  1. Вильченко, А. П. Определение гидродинамических характеристик тел в условиях частичной или суперкавитации / А. П. Вильченко, В. А. Кулагин, Т. А. Кулагина // Компрессорная техника и пневматика – 1999. – № 3–4 (22–23). – С. 53–57.

  2. Кулагина, Т. А. Использование термомеханических эффектов кавитации в различных технологических процессах / Т. А. Кулагина, В. А. Кулагин, Л. В. Кулагина // Вестник МАНЭБ – 2005. – Том 10. – №4. – С. 154–164.

  3. Кулагина, Т. А. Совершенствование обращения с жидкими промышленными отходами / Т. А. Кулагина, О. А. Козин // Вестник МАНЭБ – 2005. – Том 10. – №4. – С. 164–170.

  4. Кулагина, Т. А. Разработка пылеулавливающего оборудования асфальтобетонного завода / Т. А. Кулагина // Химическая техника – 2005. –
    № 12. – С. 27–29.

  5. Кулагина, Т. А. Моделирование и анализ обтекания тел ограниченным потоком сжимаемой жидкости / Т. А. Кулагина, О. А. Трошкин // Труды КГТУ – 2006. – № 1. – С. 123–145.

  6. Кулагина, Т. А. Повышение экологической безопасности теплотехнологических установок при переходе на водоугольное топливо / Т. А. Кулагина, О. А. Трошкин // Химическое и нефтегазовое машиностроение – 2006. – № 7. – С. 37–39.

  7. Кулагина, Т. А. Защита окружающей среды от выбросов асфальтобетонных производств применением водомазутного топлива, получаемого с использованием эффектов кавитации / Т. А. Кулагина // Труды КГТУ – 2006. – № 4. – С. 85–97.

  8. Кулагина, Т. А. Типичные проблемы сжигания жидких топлив в топках малого объема на примере работы АБЗ / Т. А. Кулагина, О. Ка-ю-тин // Вестник КрасГАУ, 2007. – № 1. – С. 134-144.

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