Электроозонатор для повышения эффективности сжигания печного топлива в малых котельных АПК

• Автор: Драгин, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 178 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВНИЯ.

1.1. Сравнительная оценка способов интенсификации сжигания органического топлива

1.2. Основные закономерности образования озона в воздушной

1.3. Общие принципы генерирования озоновоздушной смеси

1 АМодификации генераторов озона.

1.5.Научная гипотеза повышения эффективности сгорания печного топлива.

1.6. Цели и задачи исследования

Выводы.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ВЛИЯНИИ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ НА ПРОЦЕСС СЖИГАНИЯ ПЕЧНОГО ТОПЛИВА.
2.1. Построение модели сжигания печного топлива при использовании озона.
2.2. Схема замещения разрядного электроозонатора и исследование его основных режимных параметров
2.3. Принципы построения модели работы электроозонатора
2.3.1.Оценка факторов, определяющих производительность генератора
2.3.2. Модель элетроозонатора
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОЗОНАТОРА И ФАКТОРОВ, ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЩИХ.
3.1.Техническое решение и конструктивное исполнение экспериментальной установки.
3.2. Алгоритм экспериментальных исследований.
3.2.1.Общие вопросы методики исследования конструктивных и режимных параметров генератора озона.
3.2.2. Основные способы определения концентрации озона в озонововоздушной среде.
3.3. Анализ вольтамперных характеристик разрядного устройства пластинчатого типа
3.4. Влияние конструктивных параметров на производительность электроозон аторов.
3.5. Влияние напряженности электрического ноля и скорости воздушного потока на производительность электроозонатора.
3.6. Математическая модель реализации процесса электроозонирования
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЖИГАНИЯ ПЕЧНОГО ТОПЛИВА В ОЗОНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ.
4.1. Основные условия и техническое решение эксперимента.
4.2. Порядок проведения экспериментальных исследований
4.3. Определение влияния озона на сжигание печного топлива в котлах ТАУ 1,5 А.
4.3.1. Исследование зависимости содержания оксида углерода в дымовых газах от количества подаваемого озона.
4.3.2. Исследование зависимости содержания кислорода в дымовых га зах от количества подаваемого озона
4.3.3. Исследование зависимости содержания углекислого газа в дымовых азах от количества подаваемого озона.
4.3.4. Исследование зависимости содержания оксидов азота в дымовых газах от количества подаваемого озона.
4.3.5. Исследование зависимости содержания недожога в дымовых газах от количества подаваемого озона.
5. РЕАЛИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
5.1. Конструкция элекгроозонатора.
5.2. Оценка надежности конструкции электроозонатора.
5.3. Оценка техникоэкономической эффективности предложенного способа сжигания печного топлива в котельных АПК
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Индустриализация и постоянное стремление человечества к дальнейшему процветанию привели к большому росту потребления энергии. Это вызывает соответствующее увеличение производства энергии, однако, несмотря на постоянное увеличение производства и продолжающееся улучшение энергетической техники эффективность многих технологических процессов чрезвычайно низкая, так как технологи в России, разрабатывая соответствующие процессы, зачастую не ставили во главу угла вопросы экономии топлива. Такому подходу объективно способствовали неоправданно низкие цены на органическое топливо, например нефть, стоила руб. за одну тонну, в то же время на мировом рынке е цена в июне г. составляла 0 долларов за 1 тонну, в связи с этим отечественные технологии зачастую более энергомкие, чем зарубежные .
Высокие цены на органическое топливо стимулировали разработку энергосберегающих технологий. В результате удельный расход дизельного топлива на 1 га. сельхозугодий в США составляет кг., а в России 5 кгга . Расход условного топлива на производство 1т. цемента в Японии снизился до 0 кг., в США до 0, в то время как в России 0 кгт. Большая энергомкость технологических процессов обуславливает увеличение выброса вредных веществ в атмосферу, которые в последнее время угрожают превысить природную поглотительную способность атмосферы и биосферы.
Во всей цепочке энергокомплекса от добычи топлива до практического применения тепловой и электрической энергии, по мнению специалистов, коэффициент полезною использования топливноэнергетических ресурсов составляет , в сельском хозяйстве эта цифра значительно ниже, гак как большинство котельных, используемых на селс, это котельные малой мощности. о статистическим данным в аграрном секторе нашей страны еже
годно сжигается около млн. т. условного топлива, на котельных, к.п.д. которых составляет менее .
Указанная проблема приводит к необходимости поиска новых путей повышения эффективности использования органического топлива. В научноисследовательских институтах страны, а также в исследовательских центрах зарубежных стран проводится широкий комплекс исследований по повышению эффективности сгорания жидких и твердых видов топлива с использованием воздействия на них различных физических эффектов. Это ультразвуковые непрерывные и импульсные колебания, электромагнитные и электростатические поля, излучения когерентных колебаний источников света различных конструкций лазеров, энергии электрогидравлического эффекта Л.Л. Юткина, а так же комбинированного воздействия различных эффектов и химических реагентов. Работы эти исключительно актуальны и зачастую носят закрытый характер, как в силу получения очевидных экономических преимуществ, так и по политическим соображениям. Тем не менее, определнная информация просачивается в открытую печать. В частности, в журнале За рубежом сообщалось, что японские машиностроительные концерны Судзуки и Тойота оснащают отдельные модели своих машин магнитными приспособлениями на трубопроводах бензина, что способствует повышению эффективности сгорания, а следовательно, экономии топлива на . Одним из путей более полного использования органического топлива, по нашему мнению, является использование озоновоздушной смеси путм добавки в камеру сгорания озона, как вещества обладающего более сильными окислительными свойствами, чем кислород. Как показали отечественные и зарубежные исследования, озон способствует в некоторых случаях увеличению удельной теплоты сгорания и уменьшению выбрасываемых в атмосферу вредных веществ .
, 7
Не исследовано влияние озона на сжигание печного топлива, хотя значительная часть малых котельных в сельском хозяйстве работает именно на этом виде органического топлива. Кроме этого, использование озонаторов в котельных тормозится изза сравнительно невысокой производительности выпускаемых промышленностью установок, их больших габаритных размеров и сложностью обслуживания. Необходимость решения этих вопросов послужила основанием для проведения данной научноисследовательской работы.
Цель диссертационной работы Повышение эффективности сгорания топлива и снижение токсичности продуктов реакции в котельных АПК, путем установления оптимальных параметров процесса горения печного топлива в озоновоздушной смеси и разработки элетроозонатора.
Актуальность


П. Кривошипин утверждает, что электроозонатор имеет максимальную производительность при более высокой напряженности в разрядном промежутке, что согласуется с исследованиями Ю. Ф. Филиппова и В. М. Емельянова. Все это оказывает влияние на количество микроразрядов за полупериод приложенного напряжения. Несмотря на широкое применение электросинтеза озона из воздуха, он изучен недостаточно глубоко по сравнению с электросинтезом озона из кислорода. Подобное положение связано, прежде всего, с многообразием и сложностью элементарных процессов в плазме разряда в воздухе. В случаях, когда смесь азота и кислорода пропускается через озонатор в разрядной зоне атомов кислорода и азота, кроме озона в озонаторе в гаком случае синтезируется весь спектр окислов азота , 0, М, М, К, . Возникновение окислов азота отмечалось сшс в ранних исследованиях. Наряду с этим, исследование по использованию генераторов озона для сжигания органических топлив в двигателях внутреннего сгорания и дизелях показывают, что содержание окислов азота в выхлопных газах при участии в горении озона снижается до . По всей вероятности при образовании окислов азота в зоне горения температура процесса имеет значительное влияние. Проблемы роли окислов при электросинтезе озона из воздуха поднима
лись рядом исследователей. Так, образование озона в барьерном разряде из кислорода и его смеси с азотом изучались Ю. В.Филипповым и Ю. М.Емельяновым . Как результат ими сделан вывод, что азот является своеобразных катализатором в исследуемом процессе. Огв е 1. Оз Оз М 1. Оз1. Ю 1. З6 6. Как видно из вышеприведенных реакций роль азота проявляется, только на 7, 8 и 9 этапах. На первом этапе 1. Далее возбужденные молекулы азота могут либо потерять энергию возбуждения 1. Ю.В. Филиппов считает, что синтез озона будет положительным при содержании азота в воздушной смеси не более . При концентрациях азота более производительность озонатора резко падает . Вместе с этим Е. Н. Еремин делает предположение, что отрицательное воздействие азота начинается уже при его концентрации более . Анализ работ, посвященных процессам образования озона в воздухе, указывает на значительное расхождение в оценке влияния различных факторов конструктивных параметров озонатора, состава воздушной смеси, температуры, во многом определяющих этот процесс, что приводит к выводу об отсутствии общепринятой структуры этого процесса и его математического описания. Рассматривая этот вопрос, в контексте вышесказанного, требуются дальнейшие исследования в этом научном направлении. Общие принципы генерирования озоновоздушном смеси. Исходя из известных работ, посвященных получению озона 8, , , наиболее эффективным считается его получение в тихом электрическом разряде. Электросинтез озона в барьерном разряде основан на диссоциации молекул кислорода под действием энергии электрического поля в диэлектрическом промежутке. Барьерный разряд характеризуется малым разрядным промежутком и высокой напряженностью поля в нем. Значительное влияние на формирование тихого разряда имеют диэлектрические барьеры между электродами разрядного устройства. Они препятствуют образованию дуговой формы разряда, обуславливают более равномерную структуру разряда. Кроме того, диэлектрические барьеры играют роль токоограничивающего сопротивления. Из литературных источников известно . Соколовой М. В. был поставлен опыт с изменением сопротивления в разрядной цепи модели озонатора. В подобном эксперименте внешнего изменения термодинамических условий и поверхностного сопротивления диэлектрика не происходит, искусственно вызывается лишь ограничение тока разряда. Токоограннчивающее сопротивление включалось в разрядную цепь непосредственно перед моделью озонатора. Полученные экспериментальные данные показывают, что при росте сопротивления в цепи наблюдалось увеличение числа положительных импульсов за полупериод, если диэлектриком служило стекло, число импульсов возрастало в раза при росте сопротивления от Ю2 до 6, Ом, например, число импульсов увеличилось с до для стекла толщиной 0,мм и с 8 до для стекла толщиной 2мм. В случае стеклоэмали изменения импульсов с ростом сопротивления не наблюдалось.