Разработка технологии зажигания и стабилизации горения пылевидных твердых топлив на основе устройства с вынесенной плазменной дугой

• Автор: Дробчик, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РОЗЖИГА НИЗКОСОРТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

1.1. Элементарный состав и основные характеристики низкосортного топливаИ

1.2. Способы сжигания низкосортных топлив

1.3. Системы плазменного розжига для воспламенения низкосортных твердых топлив

1.4. Классификация плазменных устройств

1.5. Взаимодействие твердого топлива с электродуговой плазмой

1.6. Постановка задач исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЖИГАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ГОРЕНИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ ВЫНЕСЕННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ
2.1. Экспериментальный стенд для зажигания пылевидных твердых топлив вынесенной плазменной дугой
2.2. Определение индукционных характеристик и теплового состояния элементов системы плазменного розжига при зажигании пылевидного твердого топ л и ва
2.3. Определение границы области устойчивого горения вынесенной плазменной дуги в кольцевом канале плазменного муфеля
2.4. Исследование вольтамперной характеристики плазменного генератора
2.5. Исследование зажигания и стабилизации горения пылевидного твердого топлива вынесенной плазменной дугой
2.6. Исследование плазменного сжигания топливных смесей
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МНОГОСЛОЙНОГО ПЛАЗМЕННОГО МУФЕЛЯСТАБИЛИЗАТОРА
3.1. Численное моделирование теплообмена стенки канала муфелястабилизатора
3.2. Методы определения температуры и методика обработки экспериментальных данных
3.3. Автоматизированная система регистрации экспериментальных данных
3.4. Экспериментальное исследование теплового состояния стенки муфелястабилизатора
3.5. Результаты численного расчета и сравнение их с экспериментальными данными
3.6. Применение математической модели для расчета теплообмена стенки центрального канала пылевихревой горелки
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ВОЗДУХА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПРЯМОТОЧНОЙ И ЗАКРУЧЕННОЙ СТРУЙ
4.1. Экспериментальная установка для исследования взаимодействия прямоточной и закрученной струй
4.2. Исследование динамических и тепловых характеристик потока воздуха
5. ЭКОЛОГОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГО1АЗМЕНННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
5.1. Экологические аспекты плазменно энергетических технологий
5.2. Техникоэкономическое обоснование внедрения системы плазменного розжига и поддержания стабильных условий горения твердого топлива
5.2.1. Экономическое обоснование внедрения СПВ на районной
котельной
5.2.2. Экономическое обоснование внедрения СПВ на заводе ДСП для сушильной установки
Заключение
Список литературы


Достоверность полученных результатов определяется использованием надежных методов диагностики, обеспечивающих возможность получения результатов измерений с погрешностью не более статистической обработкой результатов экспериментальных измерений, которая осуществлялась в относительных единицах для повышения достоверности полученных данных. Теоретические исследования проводились на основе математических моделей с использованием аналитических и численных методов расчета с допущениями, не вступающими в противоречие с общепринятыми. Приведенные в работе результаты находятся в согласии с данными, полученными для других устройств воспламенения и стабилизации горения пылевидных топлив. Апробация работы. Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 8 публикациях. Структура диссертации. Первая глава посвящена рассмотрению вопросов развития технологий для сжигания низкосортного твердого топлива, анализу применения систем безмазутного плазменного воспламенения пылевидных топлив и используемых плазменных устройств. В третьей главе представлено численное моделирование теплообмена многослойной стенки плазменного муфеля, применяемого для пассивного метода стабилизации процесса горения пылевидных твердых топлив, который осуществляется за счет аккумуляции тепла стенками, нагреваемыми до температуры, необходимой для стабильного самовоспламенения топлива. В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования поведения зоны возвратных течений на выходе пылевихревой горелки в процессе взаимодействия прямоточной струи розжигового канала с закрученным основным потоком, позволяющие найти условия эффективного воспламенения потока аэросмеси и полного сгорания частиц топлива в топочном пространстве. В пятой главе рассмотрены экологические аспекты плазменноэнергетических технологий сжигания твердого топлива и приведено экономическое обоснование внедрения системы безмазутного плазменного розжига. Автор выражает глубокую признательность за поддержку и обсуждение результатов работы заведующему кафедрой Прикладная механика и материаловедение ТГАСУ, заслуженному деятелю науки РФ, д. Г.Г. Волокитину, заведующему лабораторией Плазменные процессы и аппараты НИИ СМ при ТГАСУ, к. А.М. Шиляеву. Современное развитие техники и технологий характеризуется бурным ростом использования высокотемпературных процессов, больших скоростей газовых потоков и давлений. Достаточно привести тот факт, что в ряде химических процессов реализуются процессы при температурах в несколько тысяч градусов. Достижение таких температур возможно на базе использования электродуговых разрядов. Электродуговые нагреватели газа, предназначенные для генерирования высокотемпературных, потоков, нагретых до температуры порядка 3 ч 3 К, называют плазмотронами. Это аппараты, в которых тепловыделяющий элемент электрическая дуга является, практически, единственно доступным средством стационарного нагрева газа до высоких температур при эффективном преобразовании электрической энергии в тепловую механизмами кондуктивного, лучистого и конвективного теплообмена. В качестве генераторов низкотемпературной плазмы используются электродуговые, ВЧ и СВЧплазмотроны мощностью от нескольких киловатт до многих мегаватт 1. Выше перечисленные достоинства плазмотронов легли в основу создания новых технологий, в том числе, технологии плазменного воспламенения низкосортного пылевидного твердого топлива, которая стала развиваться в конце XX века и в ряде организаций ведется в настоящее время. Существует много разновидностей низкосортных энергетических топлив. Современное развитие энергетики характеризуется повышением интереса к твердым топливам, качество которых повсеместно снижается. Доля использования низкосортных топлив становится все более существенной 5, и в перспективе низкосортное топливо может стать основным среди твердых органических топлив, сжигаемых на тепловых электростанциях и тепловых установках различного назначения. Это заключение основано, вопервых, на том, что в мире существуют большие запасы низкосортного топлива, в первую очередь запасы бурового угля и торфа. А вовторых, достижения современной топочной техники, разработка и внедрение при сжигании высокозольных и высоковлажных топлив новых технических решений, таких как, сжигание в низкотемпературном кипящем слое, сжигание в виде водоугольных суспензий и др.