Теплофизические процессы при движении одно- и многокомпонентных одиночных частиц из различных материалов в газовом потоке и защита окружающей среды

• Автор: Синицын, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 481 с. : ил

Введение

1 Тепловые и аэродинамические процессы в устройствах защиты окружающей среды

1.1 Методы снижения выбросов оксидов азота при сжигании топлива.

1.1.1 Условия образования оксидов азота при горении топлива.

1.1.2.Влияние конструктивных параметров топочкогорелочных устройств на концентрацию вредных Беществ при сжигании газообразного топлива.

1.1.3.Технологические методы снижения выбросов оксидов азота.

1.1.4.Низкотемпературный вихревой способ сжигания твердого топлива.

1.1.5.Злияиие углеродосодержащего материала на процесс восстановления оксидов азота.

1.2.Анализ сжигания натуральных немолотых твердых топлив в топках котлов с низкотемпературным вихревым способом сжигания.

1.2.1.Сжигание немолотого топлива в топках котлов ПК ст. 9 ИТЭЦ и БКЗ9 ст. 6 УИ ТЭЦ.

1.2.2.Сжигание крупных кусков натурального твердого топлива на стендовых установках.

1.3.Анализ движения крупных кусков натурального твердого топлива в топках с низкотемпературным вихревым способом сжигания.
1.3.1.Расчет траекторий движения твердых частиц топлива в газовом потоке.
1.3.2.Стадии горения частиц твердого натурального топлива.
1.3.3.Обзор работ по процессу термомеханического разрушения частиц натурального твердого топлива.
1.4.Анализ процессов переработки маслошламосодержащих отходов металлургических предприятий.
1.4.1.Образование и состав маслошламосодержащих сточных вод.
1.4.2.Состав шламов прокатного производства.
1.4.3.Свойства компонентов шлама.
1.5.Выводы по главе и постановка задачи исследования.
2.Тепломассообмен при движении одиночных частиц
в газовом потоке.
2.1.Математическая модель процесса термомеханического разрушения крупных частиц натурального твердого немолотого топлива при движении в топке котла с низкотемпературным вихрем.
2.1.1 Методика расчета процесса прогрева крупных частиц натурального твердого топлива в топке с низкотемпературным вихрем.
2.1.2 Расчет термических напряжений з топливной частице.
2.1.3 Расчет напряжений при механическом ударе частицы топлива о неподвижную плиту.
2.2.Математическое моделирование тепломассообмена капли воды при движении в неизотермическоы высокотемпературном потоке газа
2.2.1.Прогрев капли воды при В,1.
2.2.2.Прогрев капли воды при В,1.
2.2.3.Математическое моделирование движения капли воды с учетом прогрева, испарения и конденсации влаги.
2.3.Движение, прогрев и кипение многокомпонентной частицы, содержащей воду, масло и окалину, в низкотемпературном потоке газа.
2.3.1.Математическая модель температурного поля окалиномаслосодержащего шлама.
2.3.2.Математическая модель прогрева и кипения смеси маслоокалина.
2.3.3.Математическая модель прогрева двухкомпонентной структурированной частицы смеси маслоокалина.
2.4.Выводы по главе.
3. Теплообмен при восстановлении молекулярного азота из его оксидов на твердой поверхности одиночных частиц.
3.1. Математическая модель.
3.1.1. Система дифференциальных уравнений.
3.1.2. Математическая модель процесса прогрева частицы кокса.
3.1.3. Математическая модель процессов, протекающих на начальной стадии химических реакций.
3.1.4. Математическая модель температурного поля частицы материала в условиях протекания химических реакций.
3.2. Температурное поле частицы кокса.
3.2.1 Стадия прогрева частицы материала.
3. 2. 2. Стадия начала протекания химических реакций в коксовой частице.
3.2.3. Стадия устойчивого протекания химических реакций.
3.3. Экспериментальное исследование процесса восстановления оксидов азота на твердой адсорбирующей поверхности.
3.4. Выводы по главе.
4. Экспериментальное исследование тепломассообмена одиночных частиц в газовом потоке.
4.1.Экспериментальные исследования процесса термомеханического разрушения частиц натурального твердого топлива.
4.1.1. Описание лабораторной экспериментальной установки и методики проведения опытов.
4.1.2 Анализ опытных данных.
4.1.3 Экспериментальное исследование процесса термомеханического разрушения на промышленном объекте.
4.2.Экспериментальное исследование полей скоростей, температур и тепловых падающих потоков в топках с низкотемпературны вихрем.
4.3.Экспериментальное исследование метода снижения образования оксидов азота в продуктах сгорания.
4.4.Экспериментальное исследование тепловых процессов разделения компонентов частицы замасленной окалины.
4.4.1. Технический анализ образцов материала.
4.4.2. Разработка экспериментальной установки.
4.4.3. Методика исследований.
4.4.4. Анализ экспериментальных данных.
4.4.5. Определение зависимости размера капель в процессе нагрева смеси вода масло окалина от параметров потока газа.
4.4.6. Определение зависимости размера капель в процессе нагрева смеси масло вода от параметров потока.
4.5. Выводы по главе.
5. Исследование закономерностей траекторий движения одиночных частиц в газовом потоке.
5.1. Исследование процесса термомеханического разрушения частиц топлива при их движении в топочной камере.
5.1.1. Исследование процесса термомеханического разрушения частиц натурального твердого топлива по опытам на стенде.
5.1.2. Расчет траекторий движения частиц топлива в топках котлов с низкотемпературным вихрем.
5.2. Исследование траекторий движения капель воды в иеизотермическом газовом потоке.
5.3. Движение одиночных многокомпонентных
частиц в струе низкотемпературного газа.
5.3.1. Исследование траекторий движения частиц в камере разделения материала.
5.3.2. Основные расчетные зависимости.
5.4.Выводы по главе.
6. Инженерные методики расчета основных технологических и конструктивных параметров элементов и установок для защиты окружающей среды.
6.1.Устройство для термической подготовки твердого немолотого топлива для котлов с низкотемпературным вихрем ПК ИТЭЦ.
6.2.Устройство для подавления образования и снижения выбросов оксидов азота при сжигании газообразного топлива.
6.2.1.Методика расчета горелочного устройства, обеспечивающего снижение выбросов оксидов азота .
6.2.2.Получение сорбентов из углеродистых материалов .
6.2.3.Расчет контактного аппарата для восстановления оксидов азота при сжигании газообразного топлива.
6.3.Устройство для разделения смеси маслоокалина.
6.3.1.Проект опытнопромышленной установки.
6.3.2.Инженерная методика расчета разделительной камеры.
б.3.3.Балансовый расчет установки для переработки шлама.
6.4.Устройство для разделения смеси водамаслоокалина. ,
6.5.Выводы по главе.
Общие выводы по работе
Литература


Оценка траектории и скорости движения частиц топлива необходима при расчете удара частицы при ее столкновении с поверхностями нагрева в топке, при расчете выгорания частиц топлива, оптимизации аэродинамики топочной камеры с целью уменьшения выноса иедогоревших частиц из топки, при оценке зон предполагаемого эрозионного воздействия топливных частиц на элементы топки, при расчете сепарации частиц топлива и их транспортировки и решении практических задач современной топочной техники. Задача о движении горящей частицы язляется достаточно сложной и в силу многообразия воздействующих факторов обобщенного решения ее пока не существует. В общем случае дзижение выгорающей одиночной частицы в . В определении этой силы, однако, пока отсутствуют единство и четкость. При этом разногласия касаются прежде всего вычисления величины вектора скорости отдельных масс Ур . Так, в считается, что влияние горения на движение частицы проявляется исключительно через возникающую при этом реактивную силу. Скорость определяется из преобразованного уравнения 1. Б.В. Ур0. Б.Л. Жарков , показавший, что для пылеугольных частиц можно считать, чтоУр у. В ряде задач в первом приближении можно пренебречь изменением массы частицы. Тогда уравнение 1. Как показано в , совокупность сил, действующих на частицу, движущуюся в газовом потоке также может быть ограничена двумя главными силами лобового сопротивления частицы потоку и весом. Таким образом, по уравнениям 1. Так как методика расчета аэродинамики топки при сжигании немолотого топлива еще не разработана и не может быть достоверно смоделирована нет достаточного экспериментального материала , то будем пользоваться пока экспериментальными данными, полученными на котлах ПК ИТЭЦ ст. БКЗ9 ст. УИ ТЭЦ. Алгоритм методики расчета траектории движения одиночных частиц топлива на основе реальных замеренных полей скоростей газовых потоков разработан в ,,. В основу положено уравнение движения частицы в неподвижной ортогональной системе координат с учетом двух основных сил веса и аэродинамического сопротивления
1. ГЬг,У , 1. К скорость газового потока, мс V скорость частицы, мс с коэффициент аэродинамического сопротивления частицы потоку газа. Для возможности теоретического анализа процесса горения форма угольных частиц обычно принимается сферической. При этом, однако, нужно учитывать, что коэффициент сопротивления оказывается зависящим от формы частиц ,. Для крупных частиц, аэродинамическое сопротивление которых описывается квадратичным законом, коэффициент сопротивления является функцией только формы частицы. После воспламенения и горения летучих, как показывают многочисленные исследования, в применении коэффициента формы нет необходимости. Наиболее общий подход к решению этой проблемы был использован в работах ,. С ехр 3, 1 0 . Де 0, пе 2 0. С1п К 1 при 0,1Ке. Таким образом, при известном поле скоростей потока система 1. Однако эта система не учитывает изменения массы горящей частицы. Таким образом, для расчета траектории движения горящей крупной частицы натурального влажного топлива необходимо разработать алгоритм расчета убыли массы за счет выхода влаги и летучих веществ. При этом необходимо учитывать не только характеристики топлива, состояние поверхности коксовой частицы, наличие г. Для постановки задачи горения частицы твердого натурального топлива необходима определенная схематизация процесса. Безусловно, эти стадии имеют разную скорость, продолжительность и степень влияния на процесс горения в целом в зависимости от конкретных условий. Ранее многими исследователями принималось , ,2 и др. Вследствие этого, полное время сгорания частицы натурального твердого топлива принималось равным времени сгорания ее коксового остатка. Учет стадий прогрева и выхода летучих необходим тем более, что выделение и горение летучих определяет условия воспламенения и выгорания коксового остатка. Несмотря ка большое число работ , посвященных вопросу зыхода летучих, его закономерности до настоящего времени еще полностью не изучены. Это связано в первую очередь со сложностью физикохимического механизма выделения летучих при нагревании топлива.