Анотація до роботи:

Тимчик О.В. Поліпшення теплоекологічних показників гібридних камер згоряння газотурбінного типу на основі інтенсифікації їх робочих процесів Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06. – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Харків, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню процесів горіння рідких, твердих і газових палив у гібридній камері згоряння (ГбКЗ) газотурбінного типу. У роботі на підставі експериментальних і розрахункових досліджень ГбКЗ розглянуто деякі способи поліпшення якості газифікації твердих, та ступеня випаровування рідких вуглеводневих палив, а також стійкості горіння в газовій фазі. Дослідження процесів газифікації, випаровування та горіння було проведено на експериментальних стендах з використанням оригінальних діагностик процесів в об’ємі камери згоряння і складу продуктів згоряння. Розроблено методику і проведено чисельні дослідження щодо впливу поліпшення теплоекологічних показників камери згоряння стаціонарної газотурбінної установки на рівень платежів за викиди шкідливих речовин з газами, що відробили, в атмосферу. Створено експериментальну установку і проведено досліди по підпалу пиловугільно-повітряних сумішей НВЧ-розрядом у КЗ гібридного типу.

1. На підставі проведеного аналізу літературних джерел по темі дисертації зроблений висновок про перспективність застосування ГбКЗ для підвищення теплоекологічних показників багатопаливних ГТУ, у тому числі і при роботі на вугільному пилу з використанням низькотемпературної НВЧ – плазми як газифікатора і чергового пальника.

2. Проведено експериментальні дослідження теплоекологічних і зривних характеристик ГбКЗ газотурбінного типу на дизельному пальному, природному газі, газової суміші метану з воднем і водні. Показано, що при роботі на дизельному паливі і природному газі, для досягнення рівнів викидів NO_X і БП не вище 80 мг/м³ і 0,1 мкг/м³ відповідно і значень коефіцієнта повноти згоряння палива не менш 0,99, величина коефіцієнта надлишку повітря в гомогенізаторі повинна знаходитися в діапазоні 1,4-2,2 при витратах чергового палива 5-13 % від загального. Визначено, що використання водню як додаткового енергоносія, у тому числі при його подачі тільки в гомогенізатор ГбКЗ дозволяє мінімізувати викиди оксидів азоту до рівня порядку 4 мг/м³ зі збереженням повноти згоряння основного палива близько 99% без використання чергового факела.

3. Запропонована методика, що дозволяє оцінювати режим горіння розпилюваного рідкого палива. В основу методики покладений розрахунок ступеня випару розпилюваного палива по функції розподілу кількості крапель палива по діаметрах, визначеної експериментально. Проведено розрахунковий аналіз режиму горіння палива в черговому пальнику ГбКЗ із використанням вищезгаданої методики. Показано, що в залежності від конструктивної схеми й умов організації робочого процесу в черговому пальнику може реалізовуватися: дифузійно-краплинний, дифузійно-газовий і гомогенно-дифузійний режими горіння. Обґрунтовано доцільність і запропоновані методи використання в черговому факелі ГбКЗ гомогенно-дифузійного режиму горіння зі ступенем попереднього випару палива не менш 50% і коефіцієнтом надлишку повітря по випаровуванному паливу не менш 1,0 .

4. Запропоновано інтегральний показник екологохімичної безпеки стаціонарних газотурбінних установок на підставі якого, з використанням реакторної математичної моделі ГбКЗ, проведені чисельні дослідження рівня екокомпенсацій за забруднення навколишнього середовища багато паливною ГТУ з різними типами КЗ. Показано, що застосування ГбКЗ замість ДКЗ дозволяє в два - три рази знизити платежі за викиди в атмосферу шкідливих речовин.

5. Створено експериментальну установку для дослідження процесів спалювання дрібнодисперсного пилу високо зольного низько реакційного вугілля у КЗ газотурбінного типу з НВЧ – плазмотроном у якості газифікатора і чергового пальника. Проведено експериментальні дослідження теплоекологічних характеристик КЗ при роботі на вугіллі марки ГСШ. Установлено, що НВЧ – розряд підпалює вугільний пил при будь-якому початковому температурному стані повітря і стінок КЗ , а також, що в залежності від величини коефіцієнта надлишку повітря в КЗ можлива реалізація режимів повного горіння і горіння з частковою попередньою газифікацією вугілля.

Публікації автора:

1.Результаты исследований гибридной камеры сгорания с использованием водорода как дополнительного энергоносителя / Канило П.М., Тымчик А.В., Однолетков В.Д., Агишев З.А., Лутай А.В., Рябека В.П., Косско Б.Л., Воронков В.Г. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерная техника и технология. – 1989. – Вып.1. – С. 64-67.

2. Влияние способа подачи водорода на процесс горения топливных смесей в диффузионных камерах сгорания / Тымчик А.В., Канило П.М., Однолетков В.Д., Агишев З.А., Клочко Е.В., Бершова И.В., Романенко Э.Д., Косско Б.Л., Горелов А.Д. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерная техника и технология. – 1989. – Вып.1. – С. 53-55.

3. Содержание канцерогенных углеводородов в продуктах сжигания газообразных и жидких топлив / Канило П.М., Однолетков В.Д., Костенко К.В., Хесина А.Я., Бершова И.В., Рябека В.П., Тымчик А.В. // Проблемы машиностроения. – К.: Наук. думка. – 1992. – Вып. 38. – С. 70-73.

4. Разработка и исследование малотоксичных гибридных камер сгорания для перспективных ГТУ / Костенко К.В., Тымчик А.В., Тумановский А.Г., Решитько В.П. // Эффективность сжигания топлив и экология: Сб. науч. ст. / НАН Украины. ИПМаш. – Харьков. – 1993. – С. 59-67.

5. Моделирование процессов в гибридных камерах сгорания ГТУ / Канило П.М., Костенко К.В., Тымчик А.В., Демьяненко Е.Н. // Сб. научн. трудов ИПМаш НАН Украины – 1997. – С. 62-65.

6. Топливно-экологические показатели энергетических установок и пути их совершенствования / Канило П.М., Костенко К.В., Тымчик А.В // Сб. научн. трудов ИПМаш НАН Украины.–1997. – С. 66-70.

7. Экспериментальный стенд для исследования СВЧ-технологий сжигания высокозольных углей / Канило П.М., Расюк Н.Н., Ваврив Д.М., Костенко К.В., Косско Б.Л., Тымчик А.В. // Экотехнологии и ресурсосбережение.- 2001.- № 1. -С. 78-81.

8. Экологические характеристики многотопливных ГбКС ГТУ / Канило П.М, Тымчик А.В, Костенко К.В. // Вестник НТУ "ХПИ".- 2001.- Вып. 3. – С. 33-35.

9. СВЧ – плазменная технология сжигания угольной пыли / Ваврив Д.М., Казанцев В.И., Канило П.М., Расюк Н.И., Шунеман К., Грицаенко С.В., Тымчик А.В. // Радиофизика и радиоастрономия.- 2002.- Т.7, № 1.- С. 88-96.

10. Numerical analytic metod of investigating processes in combustion chambers / Kanilo P.M., Koval F.F., Kostenko K.V., Kolosov V.I., Nazarenko Yu.I., Tymchik A. V. // Hydrogen energy progress VII, Proceeding of the 7^th World Hydrogen Energy Conference. –Moscow. – 1988. – 2077-2094 р.

11. Двухтопливная гибридная камера сгорания для автомобильного ГТД / Канило П.М., Костенко К.В., Клочко Е.В., Тюрин О.П., Тымчик А.В., Бакулин С.Н. // Тезисы докладов 15 Межотраслевого семинара "Атомно-водородная энеретика и технология". – Москва. – 1990. – С. 16-17.

12. Экологически чистая гибридная камера сгорания для ГТД / Канило П.М., Тымчик А.В., Однолетков В.Д., Бершова И.В., Костенко К.В., Клочко Е.В., Маханев В.Т., Воронков В.Г. // Тезисы докладов 38 Всесоюз. научно-технической сессии по проблемам газовых турбин –Харьков. – 1991.- С. 23-25.

13. Гибридное сжигание газообразных топлив в камерах сгорания ГТУ / Канило П.М., Тымчик А.В., Однолетков В.Д., Костенко К.В., Косско Б.Л., Макогон В.Г., Рябека В.П. // Тез. докл. Международной научн.-техн. конф. "Совершенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического эксперимента .-Харьков. – 1994.- С. 43-47.

14. Счетно-импульсная и оптическая диагностика газокапельных потоков, результаты исследования качества распыливания топлива форсунками / Канило П.М., Тымчик А.В., Форфутдинов В.В., Шубенко А.Л. // Труды Третьего Конгресса двигателестроителей Украины, Рыбачье, 1998. – Т.2. – Харьков: ХАИ, 1998. – С. 180-183.

15. Системы отбора и анализа бенз(а)пирена в дымовых газах / Канило П.М., Рябека В.П., Костенко К.В., Тымчик А.В.// Тез. докл. Международной научн.-техн. конф. "Совершенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического эксперимента.- Харьков.- 2000.- С. 33-34.