Электроинтенсификация горения в газовых водогрейных котлах

• Автор: Петрова, Елена Алексеевна
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 201 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ГОРЕНИЯ В ТОПОЧНЫХ КАМЕРАХ ГАЗОВЫХ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

1.1. Состояние и перспективы автономного теплоснабжения объектов АПК

1.2.Теоретические основы процесса горения газа и анализ влияния условий горения на технико-экономические и экологические характеристики водогрейных котлов

1.3. Обзор современных методов интенсификации горения газа в водогрейных котлах

1.4. Теоретические предпосылки возможности использования озона для рационального и экологически чистого сжигания природного газа. Цель и задачи исследований

2 . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В ОЗОНИРОВАННОЙ СРЕДЕ

2.1. Обоснование цели теоретических исследований

2.2. Теория горения природного газа в озонированной среде

2.3. Оценка энергетических затрат при получении озона

2.4. Исследование разложения озона при его подаче в топочную камеру
Выводы по главе
3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОДАЧИ ОЗОНА В ОБЛАСТЬ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
3.1. Обоснование цели теоретического изучения процесса подачи озона
3.2. Исследование возможности использования электрического поля для подачи озона в топочную камеру
3.3. Управление концентрацией озона в топочной камере
3.4. Исследование динамического баланса концентрации озона с учетом явления самораспада
3.5. Обоснование и математическое описание импульсного режима подачи озона в зону горения топлива
Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОИНТЕНСИФИКАЦИИ ГОРЕНИЯ В ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ.

4.1. Постановка задачи. Особенности экспериментального исследования интенсификации горения в озоно-воздушной среде
4.2.Экспериментальные исследования зависимости интенсивности горения от напряжения питания и частоты включения озонатора
4.3. Исследования зависимости концентрации озона от режима работы озонатора и интенсивности горения
Выводы по главе
5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА, ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОВОГО ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА С ОЗОНОВЫМ НАДДУВОМ
5.1. Разработка и производственная проверка усовершенствованного газового водогрейного котла с озоновым наддувом
5.2. Оценка надежности работы газового водогрейного котла с озоновым наддувом
5.3. Оценка экологической безопасности эксплуатации газового водогрейного котла с озоновым наддувом
5.4. Оценка экономической эффективности газового водогрейного котла с озоновым наддувом
5.5. Перспективы разработки высокопроизводительных водогрейных и паровых котлов промышленного назначения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Важной проблемой современного сельского хозяйства является рациональное использование традиционных видов топлива. К сожалению, многие технологические процессы, связанные со сжиганием углеводородных энергоносителей, происходят в неэкономичных режимах. Результатом этого являются перерасход топлива и существенный вред, наносимый окружающей среде. Среди таких процессов значительное место занимает производство горячей воды в котлах малой мощности, работающих на газовом топливе и устанавливаемых в домах и сооружениях АПК. Для условий Российской Федерации вопрос экономии энергоресурсов приобретает особое значение, поскольку из-за суровых климатических условий 57% всей производимой энергии затрачивается на отопление [92].
Анализ состояния вопроса показал, что одним из путей оптимизации режимов горения может стать создание условий для тщательного выдерживания соотношения объемов топлива и окислителя [68]. Соблюдение этого соотношения может быть достигнуто посредством принудительной и регулируемой подачи окислителя в топочную камеру. В качестве окислителя возможно применения воздуха, кислорода или его аллотропического видоизменения - озона. Последний вариант оказывается наиболее предпочтительным, поскольку окислительные свойства озона выше, чем у кислорода, а его получение технически несложно и довольно дешево.
В результате обзора исследований по вопросу использования озона в технологических процессах, проведенных учеными М.Я. Пурмалом, Н.В. Ксензом, И. А. Потапенко, Д.А. Нормовым, В.А. Драгиным, А.В.Голубковичем и др., был сделан вывод о перспективности применения озона в качестве окислителя в реакциях горения в производственных условиях. Вместе с тем приходится констатировать, что газовые водогрейные котлы с озоновым наддувом в России и за рубежом пока не выпускаются [93]. Такое положение сложилось вследствие недостаточной изученности процесса, отсутствие достоверных сведений о его режимах и недостатке ин-

2 . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В ОЗОНИРОВАННОЙ СРЕДЕ
2.1. Обоснование цели теоретических исследований
Для практического использования озонового наддува в газовых водогрейных котлах необходимо располагать достоверными сведениями о его требуемых параметрах. Эти сведения позволят сформулировать основные технические требования к устройствам для получения, подачи и использования озона. Помимо этого, информация о количественных показателях процесса будет способствовать безопасной и экологически чистой эксплуатации котлов. Разработка соответствующих технических средств может производиться только при достаточно полном объеме знаний о механизме интенсифицирующего эффекта и о его энергетических показателях. Кроме того, принимая во внимание аккумулирующие способности внутреннего пространства топочной камеры по отношению к нагнетаемой в него озоновоздушной смеси, необходимо уметь учитывать эти способности, правильно их сочетать с производительностью озонатора и расходом озона на обеспечение горения топлива.
При разработке конструкций котлов с озоновым наддувом большое значение приобретают вопросы подачи озона в топочные камеры. В связи с наличием очевидных технических сложностей озонатор должен размещаться на некотором расстоянии от зоны горения. Вместе с тем, являясь крайне неустойчивым веществом, озон начинает распадаться буквально с момента образования. Причем, интенсивность этого распада зависит и от его концентрации, и от скорости перемещения, и от длины и характера воздуховода, а также от давления и температуры.
Целью настоящего этапа исследований явилось получение ответа на ряд взаимосвязанных вопросов по механизму интенсифицирующего действия озона на процесс горения, а также по выявлению наиболее эффективных режимов реализации этого явления в производственных условиях. По мере теоретической проработки темы необходимо: