WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МИХАЙЛЕНКО ЕКАТЕРИНА ВИКТОРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРЯМОТОЧНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ МОБИЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва, 2009 год

Работа выполнена на кафедре «Теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции» Ухтинского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бурмистрова Ольга Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Байков Игорь Равильевич

кандидат технических наук, доцент

Шаповалова Галина Павловна

Ведущая организация: ООО «Газпром трансгаз Ухта».

Защита диссертации состоится «26» февраля 2009 г. в 15 часов 30 мин. в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250 Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «____» января 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.К. Попов

к.т.н., доцент

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В настоящее время для подъема экономики в России исключительное значение приобретает последовательное проведение энергосберегающей политики. Совершенствование парогенераторов промышленной теплоэнергетики и источников теплоснабжения является существенным резервом экономии ТЭР.

Длительное время (более 50 лет) основным источником для комплексного паро-теплоснабжения предприятий и жилищного фонда были стационарные паровые котлы ДКВР и разработанные на их базе модификации газо-мазутных котлов Е (ДЕ) и на твердом топливе Е (КЕ) паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч. Для пароснабжения предприятий различных отраслей промышленности использовались также стационарные котлы типа К-50-40, ГМ-50 и серии УПГГ –9/120, УПГ-50/6 паропроизводительностью от 4,5 до 60 т/ч. КПД всех перечисленных котлов относительно малы из-за высоких температур уходящих газов. Поэтому в последние годы все большее развитие при невысокой «тепловой плотности» паровой или отопительной нагрузки получает децентрализованное автономное снабжение предприятий паром и теплом.

Особое место среди разрабатываемых конструкций занимают мобильные парогенераторы. Сфера применения мобильных парогенераторов весьма широка. Они используются на нефтяных и газовых месторождениях, в городском коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, деревообрабатывающей промышленности, на мясокомбинатах и в кондитерских цехах, на строительных площадках.

Характерной особенностью этих конструкций является возможность их перемещения на объектах с быстрой установкой и подключением на новом месте. Среди рассмотренных конструкций мобильных парогенераторов наиболее перспективны цилиндрические прямоточные многоходовые парогенераторы со спиральными каналами. Они существенно превосходят по своим теплотехническим и массогабаритным показателям известные парогенераторы.

Конструктивные и теплотехнические показатели парогенераторов ЦППС (цилиндрических прямоточных парогенераторов со спиральными каналами) определяют использование высокофорсированных камер сгорания.

Особенности конструкции камер сгорания цилиндрических прямоточных парогенераторов ограничивают применение стандартных конструкций горелок и определяют необходимость разработки специальных конструкций горелок, отличающихся схемой организации рабочего процесса и тепловой мощностью.

Отсутствие систематических данных о влиянии режимных и конструктивных параметров на характеристики камер сгорания ЦППС затрудняет их разработку и оптимизацию работы. В связи с этим большое практическое значение приобретает исследование рабочих процессов в камерах сгорания ЦППС, оценка их теплотехнических и конструктивных показателей, разработка принципиальных конструкций камер сгорания ЦППС, отличающихся целевым назначением, тепловой мощностью и схемой организации рабочего процесса.

Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных и экологических характеристик мобильных цилиндрических прямоточных парогенераторов со спиральными каналами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

  1. Теоретически обосновать и разработать усовершенствованную конструкцию камеры сгорания ЦППС с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем.
  2. Определить расчетным путем аэродинамические характеристики аксиально-тангенциального завихрителя камеры сгорания ЦППС.
  3. Определить основные аэродинамические и тепловые характеристики разработанной конструкции камеры сгорания с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем.
  4. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработать методику теплового расчета камеры сгорания и горелки ЦППС.
  5. Выполнить оценку экологической эффективности использования ЦППС на примере применения конструкции на объектах Ярегского нефтяного месторождения.

Научная новизна работы.

    • Разработана усовершенствованная конструкция камеры сгорания с аксиальным подводом реагирующих компонент и закруткой потока с помощью аксиально-тангенциального завихрителя.
    • Определены основные аэродинамические и тепловые характеристики разработанной конструкции камеры сгорания с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем.
    • Получены аналитические зависимости для расчетов коэффициентов сопротивления аксиально-тангенциального завихрителя и камеры сгорания ЦППС.
    • На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель теплообмена камеры сгорания и горелки ЦППС.
    • Разработана методика теплового расчета камеры сгорания и горелки ЦППС.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложена принципиально новая конструкция камеры сгорания парогенераторов типа ЦППС с закруткой потока с помощью аксиально-тангенциального завихрителя (для работы на природном газе), позволяющая расширить пределы регулирования топочного устройства, обеспечивающая равномерную интенсивность процесса теплообмена, что в целом определяет экономичность ее использования. Произведен расчет основных геометрических и аэродинамических параметров аксиально-тангенциального завихрителя. Создана программа теплового расчета камеры сгорания ЦППС на ЭВМ. Конструкция горелки отличается простотой изготовления, стабильностью в работе и экономичностью. Основные результаты работы внедрены в учебный процесс кафедр «Теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции», «Промышленной безопасности и охраны окружающей среды» Ухтинского государственного технического университета. Представленные в диссертации результаты использованы в создании технических и рабочих проектов опытно- промышленного мобильного парогенератора в ДСП ООО «Северная Нефть» и приняты к реализации в ОАО «ЯНТК».

Достоверность и обоснованность результатов обусловлены тем, что в основу работы положены обобщенные автором эксплуатационные данные и характеристики различных типов ЦППС, применяемых в РФ, в основе разработки конструктивных решений заложены типовые характеристики камеры сгорания и применены проверенные методы теоретических расчетов, проведена экспериментальная проверка, подтвердившая теоретические расчеты теплообмена камеры сгорания.

Автор защищает:

  • разработанную конструкцию оригинального горелочного устройства с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем;
  • полученные результаты исследования аэродинамики и тепломассообмена разработанной конструкции камеры сгорания парогенератора ЦППС с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем потока;
  • полученные аналитические зависимости для расчетов коэффициентов сопротивления аксиально–тангенциального завихрителя и камеры сгорания ЦППС;
  • разработанную на базе теоретических и экспериментальных исследований математическую модель теплообмена камеры сгорания ЦППС;
  • разработанную методику теплового расчетов камеры сгорания ЦППС.

Личный вклад автора:

  • в обобщении и анализе технических характеристик различных конструкций прямоточных парогенераторов со спиральными каналами;
  • в разработке схемы экспериментального стенда, созданного для проведения комплексных испытаний камер сгорания цилиндрических прямоточных парогенераторов;
  • в разработке принципиальной конструкции газовой горелки;
  • в проведении исследования аэродинамики и тепломассообмена разработанной конструкции камеры сгорания парогенератора ЦППС с лопаточным аксиально-тангенциальным завихрителем;
  • в разработке на базе теоретических и экспериментальных исследований математической модели теплообмена и инженерной методики расчета камеры сгорания и горелки ЦППС.

Апробация и публикации. Результаты работы были представлены на XXVI Российской конференции – Москва 2004 г., VI научно-технической конференции «Вузовская наука – региону» 2006 г., Вологда, на научно-технической конференции УГТУ, 2006, 2007 гг., г. Ухта, на международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех», 2005, 2007, 2008 гг., г. Ухта, на IX международной научно - технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», 2008 г., г.Уфа, в работе Четвертой международной школы – семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика» 2008 г., г. Москва.

Основное содержание работы изложено в 10 публикациях.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель, задачи, объекты и методы исследований, показаны научная новизна, практическое значение, результаты внедрения, структура и объем диссертационной работы.

В первой главе диссертации выполнен обзор существующего теплоэнергетического оборудования, используемого в промтеплоэнергетике. Рассмотрены конструкции российских и зарубежных теплогенерирующих установок.

Проанализированы технические характеристики рассмотренных конструкций цилиндрических прямоточных парогенераторов со спиральными каналами. Особенности конструкции камер сгорания цилиндрических прямоточных парогенераторов ограничивают применение стандартных конструкций горелок и определяют необходимость разработки специальных конструкций горелок, отличающихся схемой организации рабочего процесса и тепловой мощностью.

На основании проведенного в первой главе анализа сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе на основе анализа требований по производительности и параметрам рабочего агента мобильных парогенераторов, произведенного в главе 1, приняты исходные расчетные теплотехнические показатели ЦППС, необходимые для разработки его основных элементов (топки, горелки и конвективных поверхностей нагрева).

При разработке топочного устройства ЦППС за основу была принята идея прямоточной камеры сгорания с аксиальным вводом реагирующих компонентов. В газоходе внутреннего цилиндра установлено горелочное устройство. На внешней стенке парогенерирующих цилиндров организовано спиральное движение нагреваемого теплоносителя (нарезка шестизаходной резьбы с внешней стороны толстостенных цилиндров). Для улучшения процессов тепло- и массопереноса в проточной части камеры сгорания ЦППС устанавливается сужающее устройство - водоохлаждаемая диафрагма (рисунок 1).

Конструктивные особенности цилиндрических прямоточных парогенераторов выдвигают ряд требований к топочным устройствам: они должны быть компактными и создавать такой рабочий режим, при котором интенсивный турбулентный обмен способствует интенсивному тепломассопереносу. В связи с этим, для предлагаемой конструкции камеры сгорания цилиндрического прямоточного парогенератора в УГТУ при участии автора была разработана оригинальная конструкция горелки с аксиальным вводом реагирующих компонентов для работы на газовом топливе. При ограниченном объеме камеры сгорания наиболее эффективно применение газовых горелок с центральной выдачей топливных струй в поперечный закрученный или прямоточный поток. Особенностью предлагаемой конструкции горелочного устройства является аксиальный ввод окислителя и применение лопаточного завихрителя, что позволило расширить пределы регулирования горелочного устройства и значительно сократить поперечное сечение топочного объема. Предлагаемая конструкция газовой горелки позволяет обеспечить хорошее смесеобразование рабочих компонентов при малом коэффициенте избытка воздуха и высоких давлениях газа и воздуха. Схема топочного устройства ЦППС представлена на рисунке 2.

Рисунок 1 – Принципиальная схема цилиндрического прямоточного парогенератора со спиральными каналами

При разработке принципиальной конструкции газовой горелки особое внимание уделялось выбору оптимальных геометрических параметров аксиально-тангенциального завихрителя (АТ), обеспечивающих требуемую степень крутки потока и допустимое гидравлическое сопротивление.

Величина параметра крутки n является определяющей для всех основных интегральных и локальных характеристик потока и определяется по результатам исследований скоростей и давлений в топочном пространстве.

Анализ данных экспериментальных исследований, проведенных на горелках, оборудованных АТ завихрителями потока, выявил следующую зависимость параметра интенсивности крутки n от конструктивных параметров АТ завихрителя:

, (1)

где d1, d - диаметр соответственно обоймы завихрителя и внутренний диаметр камеры сгорания; – угол наклона лопатки к касательной, проведенной к окружности, образуемой одной из любых плоскостей течения, проведенного перпендикулярно к оси завихрителя между передними и задними торцами завихрителя, и проходящими через выходную кромку лопатки; – угол наклона выходной кромки лопатки к оси завихрителя; Z- число лопаток АТ завихрителя.

Рисунок 2 – Принципиальная схема топочного устройства
цилиндрического прямоточного парогенератора со спиральными каналами

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»