Анотація до роботи:

Адаменко Д.С. Підвищення ефективності роботи котельних агрегатів шляхом пульсаційно-акустичного спалювання палива. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі розроблених системи й технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.

Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі лінейного розміру вихорів.

Розрахунковим шляхом визначено діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.

Визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом.

Розроблена й адаптована математична модель теплових і газодинамічних процесів в топці парового котла при пульсаційно-акустичному спалюванні палива.

Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла.

Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів і топка котла для здійснення способу, що пройшли промислову апробацію.

Розроблено технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів.

У дисертації вирішена важлива науково-технічна задача підвищення ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі технології пульсаційно-акустичного спалювання палива.

Основні результати роботи полягають у наступному:

1. На підставі аналізу напрямків підвищення ефективності роботи промислових котлів доведена перспективність використання пульсаційно-акустичного методу спалювання палива на серійних котельних агрегатах.

2. Уперше запропонована система диференціальних рівнянь теплообміну, руху й нерозривності газового потоку для турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом на основі величини лінійного розміру вихорів, що дозволило розрахунковим шляхом визначити діапазон частот амплітудно-частотної характеристики факела залежно від конструктивних характеристик пальника.

3. На основі математичного моделювання визначено вплив лінійного розміру вихорів на інтенсифікацію процесів сумішоутворення та вигоряння газоподібного палива в об’ємі турбулентного дифузійного факела, що перебуває під зовнішнім пульсаційно-акустичним впливом. Порівняння чисельних і експериментальних даних показало, що відносна похибка розрахунку концентрації природного газу за довжиною факела не перевищує 7-15 %.

4. Розроблена й адаптована математична модель газодинамічних і теплових процесів у робочому об’ємі камерної топки котла, яка дозволяє визначати швидкості і температури продуктів згоряння за перерізом топки, характер зміни температур, а також зміну положення максимуму температур за довжиною факела при пульсаційно-акустичному впливі. Порівняння результатів чисельного дослідження та експериментальних даних показало, що, похибка розрахунку температури уздовж вісі факела з використанням моделі не перевищує 5-14%. Отримані значення температур газу, а також дані про зміну положення максимуму температур використано при комплексному аналізі ефективності впливу акустичних пульсацій на показники роботи парового котла.

5. Уперше експериментально підтверджено вплив зовнішніх пульсаційно-акустичних дій на якість спалювання газоподібного палива в топці парового котла: підвищення температури в топці на 5060 ^ОС, зниження хімічного недопалу палива з 2,0 % до 0,5 %, що відбувається за рахунок інтенсифікації процесів сумішоутворення та переміщення максимуму температур газу до вихідного перерізу амбразури пальників.

6. Розрахунковим шляхом показано, що збудження акустичних пульсацій може помітно підвищити ефективність роботи котла у всіх режимах його експлуатації й цим забезпечити економію палива на виробництво теплової енергії, а саме, в результаті застосування пульсаційно-акустичного спалювання палива к.к.д. котла збільшується на 1,01,5%, питома витрата умовного палива знижується на 0,50,7 кг у.п./ГДж. Річне зниження викидів СО в атмосферу складає 3356 т/рік при незмінному рівні викидів N_XO_У.

7. Розроблені спосіб і конструкція системи пульсаційно-акустичного спалювання палива в топках котельних агрегатів (патент на корисну модель "Спосіб спалювання палива" № 25300) і топка котла для здійснення способу, яка обладнана акустичним поясом для використання енергії відбитих акустичних коливань (патент на корисну модель "Топка котла" № 25608), що пройшли промислову апробацію.

8. Розроблені технологічні рекомендації зі застосування системи пульсаційно-акустичного спалювання палива на різних типах котельних агрегатів, на основі яких розроблено технічне завдання на реконструкцію топки парового котла ДКВР-10-13. Очікувана економія природного газу - 114 тис. м³/рік, строк окупності інвестицій менш одного року.

Публікації автора:

1. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Возможность повышения эффективности энерготехнологических агрегатов путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2007. №3. - С. 115-117.

2. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М., Косенко Ю. А. Результаты испытания и эффективность пульсационно-акустического сжигания топлива // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.– Дніпропетровськ: «ПП Грек О.С.», 2007. С. 86-95.

3. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Снижение энергозатрат и решение экологической проблемы путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Компрессорное и энергетическое машиностроение. 2006. №4 (6). – С. 40-42.

4. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Моделирование тепловых и газодинамических процессов в топке парового котла // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.– Дніпропетровськ: «ПП Грек О.С.», 2006. С. 53-67.

5. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Моделирование процесса выгорания газообразного топлива в объеме турбулентного факела // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України. У двох книгах. – Книга друга. – Дніпропетровськ: Пороги, 2005. С. 42-50.

6. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Влияние акустических воздействий в топке и газоходах парового котла на характеристики его работы // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Том 6. – Днепропетровск: НМетАУ, 2002. - С. 3-7.

7. Патент на корисну модель № 25300, МПК(2006) F23C 15/00, Спосіб спалювання палива; Гічов Ю.О., Адаменко Д.С. Номер заявки: u 2007 00185; Заявл. 09.01.2007. Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12. – 6 с.

8. Патент на корисну модель № 25608, МПК(2006) F23C 5/00, Топка котла; Гічов Ю.О., Адаменко Д.С. Номер заявки: u 2007 04475; Заявл. 09.01.2007. Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12. – 12 с: іл.

9. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. К расчету выгорания газообразного топлива в объеме турбулентного факела под воздействием акустических пульсаций // Матеріали регіональної наукової конференції „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу” – Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2006. – С. 79-80

10. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Исследование тепловых и газодинамических процессов в топке парового котла // Матеріали регіональної наукової конференції „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу” – Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2006. – С. 85-86.

11. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С. Моделирование процесса выгорания газообразного топлива применительно к пульсационно-акустическому сжиганию // Сборник трудов III Междунар. науч.-практ. конф. «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А. Глинкова» - М.: МИСиС, 2006. - С. 237-241.

12. Гичев Ю.А., Адаменко Д.С., Коваль К.М. Подход к решению задачи горения газообразного топлива в турбулентном факеле // Матеріали VІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта /2005”. Том 61. Техніка. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - С. 27-29.

13. Гичёв Ю.А., Адаменко Д.С., Ткаченко Г.А. Снижение выбросов СО в атмосферу путем пульсационно-акустического сжигания топлива // Матеріали І Міжнародної науково-практичної конференції “Науковий потенціал світу 2004”. Том 60. Технічні науки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - С. 51-53.

14. Гичев Ю.А., Адаменко Д.С. Повышение эффективности использования природного газа при акустическом воздействии в топках энерготехнологических агрегатов // Сборник тезисов междунар. науч.-практ. конф. «Рациональное использование природного газа в металлургии» - М.: МИСиС, 2003. - С. 61-62.