Градиентная теплометрия как метод исследования пламенного нагрева тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Проскурин Вячеслав Михайлович

• Проскурин Вячеслав Михайлович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Проскурин Вячеслав Михайлович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Термо - и теплометрия в топках котлов

1.2 Традиционные датчики теплового потока

1.3 Градиентные датчики теплового потока

1.4 Градиентная теплометрия в котельных установках

Глава 2. Элементная база и техника градиентной теплометрии

2.1 Изготовление датчиков из композиции медь + никель

2.2 Градуировка датчиков и оценка неопределенности измерений

2.3 Конструкция термозонда и экспериментального стенда

Глава 3. Градиентная теплометрия на поверхностях теплообмена

3.1 Теплометрия на мишени, нагреваемой диффузионным пламенем

3.2 Градиентная теплометрия в топке котла ДКВр 10/13

Глава 4. Градиентная теплометрия в исследовании тепловыделения от факела

Заключение

Список литературы

Приложение А. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Градиентная теплометрия как метод исследования пламенного нагрева»

Введение

Актуальность темы исследования. Устройства пламенного нагрева, в первую очередь, котельные установки, постоянно совершенствуются. Важно контролировать энергетические и экологические параметры их работы, обеспечивать стабильность и безопасность эксплуатации.

Важной составляющей теплотехнического исследования, мониторинга и оптимизации является теплометрия - оценка тепловыделений от пламени и распределение теплового потока по экранным трубам, стенкам и другим поверхностям нагрева этих объектов. В последнее время наблюдается активное развитие цифровой измерительной техники, которая позволяет фиксировать и обрабатывать значительные информационные потоки. Однако в области теплометрии ситуация иная. Новых прорывных технологий практически нет. Это связано с разными факторами. Из них можно выделить два основных. Это несовершенство средств измерений (датчиков) по отношению к уровню существующих цифровых преобразователей и значительная трудоемкость работ, приводящая к высокой стоимости.

Применяемые в топочной теплометрии температурные вставки доказали свою надежность и репрезентативность как информативное средство для измерения тепловых потоков в топках котлов. Несмотря на это их использование вызывает необходимость монтажа вставок непосредственно в элементы поверхностей нагрева высокого давления, что негативно сказывается на герметичности пароводяного тракта.

Существенно большими возможностями обладает градиентная теплометрия, методическую основу и элементную базу которой развивают в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого.

Степень разработанности темы. С 2007 года в исследовании топочных процессов используют гетерогенные градиентные датчики теплового потока (ГГДТП), разработанные и созданные в университете. С их помощью исследованы

тепловые потоки на поверхностях экранных труб и газоплотных топок в промышленных котлах; получены приоритетные результаты, имеющие теоретическое и практическое значение.

В 2008 году, впервые в мировой практике, специалистами СПбПУ выполнена пилотная серия экспериментов по топочной теплометрии в условиях действующего промышленного энергетического объекта с применением термостойких ГГДТП. Теплометрия проведена на поверхностях нагрева котла БКЗ-210, установленном на ТЭЦ-4 компании «НТВ-энерго» в г. Киров. Эксперимент доказал высокую степень информативности и функциональность ГГДТП. Развитие топочной теплометрии, как метода мониторинга теплоэнергетических объектов, признано перспективным. Но при этом вскрылись конструктивные недостатки, указывающие на необходимость модернизации измерительной ячейки [1-4].

По окончании создания и испытания нового типа измерительной ячейки -теплометрической вставки была выполнена успешная серия экспериментов на энергоблоке 500 МВт сверхкритического давления Назарьевской ГРЭС (Красноярский край) Измерительные ячейки установили на котел П-49, входящий в состав энергоблока. [1,5,6].

Теплометрические вставки (пробки) ввинчивались в резьбовые отверстия, выполненные в плавниках газоплотной топки. Это решение оказалось удачным, но применимым только в топках этого типа.

Реализованные подходы потребовали врезки теплометрических вставок в контур высокого давления или выполнение отверстий в плавниках труб. Замена измерительных вставок оказалась трудоемкой, ввиду чего технология осталась на уровне нескольких опытов.

Цели и задачи диссертационного исследования. Целью работы является обоснование, разработка и применение в лабораторных и промышленных условиях неразрушающих методов и средств градиентной теплометрии, позволяющих исследовать тепловыделения факела и распределение плотности теплового потока по поверхностям теплообмена. При этом необходимо решить следующие задачи.

1. Выполнить обзор методов и средств теплометрии, применяемых или пригодных к применению при исследовании теплового потока в высокотемпературных установках.

2. Разработать технологию и создать на ее основе ГГДТП, пригодные для изучения тепловыделений пламени, выполнить их градуировку и оценить неопределенность градиентной теплометрии на этой элементной базе.

3. Разработать, изготовить и испытать трубчатый термозонд с ГГДТП, применить его в теплотехническом эксперименте.

4. Провести градиентную теплометрию с размещением ГГДТП на поверхностях теплообмена: обтекаемых пламенем экранных трубах котла ДКВр 10/13, а также пластины-мишени, нагреваемой газовым диффузионным факелом.

5. Выполнить зондовую градиентную теплометрию на стендах с факелами, использующими газовое и жидкое топливо, апробировать термозонд в условиях эксперимента.

Научная новизна исследования состоит:

- в разработке и реализации новой технологии, позволяющей производить ГГДТП из композиции медь + никель методом диффузионной сварки в среде аргона;

- в разработке, создании и апробации универсального трубчатого термозонда для градиентной теплометрии в топках и камерах установок с пламенным нагревом;

- в получении приоритетных данных о распределении плотности теплового потока на поверхностях, разогреваемых струёй диффузионного газового пламени;

- в получении экспериментальных данных о тепловыделении свободного факела, использующего газовое и дизельное топливо;

Теоретическая и практическая значимость работы такова:

- показана надежность и простота диффузионной сварки в среде аргона, впервые примененной для изготовления ГГДТП из композиции медь + никель;

- апробирован новый способ измерения плотности теплового потока на экранных трубах котла ДКВр 10/13 в процессе его отладки и эксплуатации; выявлены недостатки способа и определена область его дальнейшего изменения;

- впервые реализована градиентная теплометрия на разогреваемых диффузионным газовым пламенем плоскостях, сочетаемая с тепловизионной диагностикой и использованием аналитического аппарата теории теплопроводности;

Результаты работы использованы при отладке котла ДКВр 10/13 ст №6 в котельной СПбПУ.

Методология исследования, включает градиентную теплометрию, контактную и бесконтактную термометрию, тепловизионную диагностику, использование аналитического аппарата теории теплопроводности, оценку неопределенности измерений плотности теплового потока.

Положения, выносимые на защиту, таковы:

1. Технология производства ГГДТП из композиции медь + никель.

2. Конструкция, результаты испытаний и предложения по использованию трубчатого термозонда для натурной градиентной теплометрии.

3 Результаты градиентной теплометрии на поверхностях теплообмена, разогреваемых в среде газового диффузионного пламени.

4 Результаты градиентной теплометрии тепловыделений свободного горящего факела на газовом и жидком топливе.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- использованием метрологически аттестованных приборов;

- расчетом по действующим стандартам неопределенностей, характерных для

выполненных измерений;

- качественным соответствием полученных результатов данным, приведенным

в использованной литературе.

Результаты отдельных разделов исследования и диссертации в целом докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

- на III международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики», Москва, 19-23 октября 2020;

- на XXIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 24-28 мая 2021, Екатеринбург;

- на Международной научно-практической конференции для представителей сообщества молодых инженеров ТЭК «Развивая энергетическую повестку будущего», 10-11 декабря 2021, Санкт-Петербург;

- на X Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» ТИМ'2022, Екатеринбург ,19 -20 мая 2022;

- на Всероссийской конференции «XXXVIII Сибирский теплофизический семинар», Новосибирск, 29 - 31 августа 2022;

- на XIV Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиноведения» (научные чтения, посвященные Павлу Осиповичу Сухому), Гомель, 27-28 октября 2022;

- на восьмой Российской национальной конференции по теплообмену РНКТ-8, Москва, 17 - 22 октября 2022;

- на XXIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика А. И. Леонтьева, посвященной 100-летию академика РАН В. Е. Алемасова «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 23 - 27 мая 2023, Казань.

Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях, 1 из которых опубликована в журнале из перечня ВАК и 3 в журналах, индексируемых базами данных SCOPUS и WoS.

Диссертация содержит 170 страницу машинописного текста, 140 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 96 источников.

Глава 1. Обзор литературы 1.1. Термо - и теплометрия в топках котлов

Исследования теплообмена в топках промышленных и энергетических котлов являются приоритетными для повышения энергоэффективности теплоэнергетического оборудования.

Результаты таких исследований важны при разработках новых энергоэффективных технологий сжигания топлива, в диагностике процессов горения, определении равномерности тепловой нагруженности топочных элементов, выявлении положения факела и ядра горения.

До недавнего времени основным методом определения местной плотности теплового потока в топочных камерах энергетических котлов являлась термометрия, а распределение тепловых потоков определялось в результате математического моделирования с достаточно грубыми допущениями [7].

С появлением датчиков теплового потока - сначала продольного, а затем и поперечного типа - возможности теплометрии расширились.

Основной задачей обзора является анализ существующих методов измерения плотности теплового потока в топках котлов и сравнение их с предлагаемой в работе градиентной теплометрией.

Стационарная калориметрия предусматривает замену нескольких циркуляционных труб калориметрическими, с теми же размерами. На рисунке 1.1 показана схема, реализованная на котле ТМ-200-1 для определения плотности теплового потока, воспринимаемого поверхностями нагрева. [8, 9].

Насос 3 перекачивает воду, предварительно химически очищенную, по калориметрическим трубам 1. Расход теплоносителя измеряют с помощью диафрагм 2 и регулируют вентилями. По показаниям гильзовых термопар 4 определяют потоки энтальпии на отдельных участках, а затем и интегральный

тепловой поток. Методика сложна, а в таких котлах, в целом, практически непригодна.

Цифрами обозначены: 1 - калориметрическая труба, 2 - протарированные диафрагмы, 3 - насос, 4 - термопары Рисунок 1.1 - Стационарный калориметр на котле ТМ 200-1 [8]

Большинство других методик связано с введением в топку измерительных устройств и зондов.

Среди высокопроизводительного энергетического оборудования, используемого и в настоящее время, значительное место занимают котлы с мембранными (газоплотными) экранными водяными стенками. Теплометрия в таких котлах детально описана в работах [10-12] и др.

Й. Талер, П. Дуда и др. в работе [13] предложили метод измерения с помощью датчика, представленного на рисунке 1.2. Авторы считают, что форма и размеры датчика должны максимально соответствовать геометрии стенки на соседних участках.

Авторы описывают конструкцию своего прибора так: «Прибор трубчатого типа был разработан для обеспечения точного измерения поглощенного теплового потока qm, коэффициента теплоотдачи со стороны воды hin и температуры пара Tf.

Цифрами обозначены: 1 - экранная труба, 2 - измеритель потока, 3 - защитная крышка термопары, 4 - защитная трубка термопары, Г1 - радиус, на котором расположены термопары № 1 и 2, Г2 - радиус, на котором расположены термопары № 3 и 4, Р1-?5 - расположение термопар, размеры в мм Рисунок 1.2 - Прибор трубчатого типа (измеритель потока) для измерения теплового потока [13]

Применение избыточного количества термопар (больше трех) позволило повысить точность полученных результатов. При обработке результатов учитывалась

зависимость теплопроводности материала трубки от температуры. Прибор представляет из себя трубу, установленную с эксцентриком относительно экранной трубы (рисунок 1.2). Со стороны топки установлены четыре термопары: две - на внутренней поверхности внешней трубы, и две - на внешней поверхности экранной трубы: под внутренней и внешней поверхностью трубки. Пятая термопара расположена в задней части трубки (со стороны кожуха экранной трубки)» [13]. Для расчета плотности теплового потока (рисунок 1.3) авторы применяют одномерное уравнение теплопроводности:

Ят= \ (1-1)

го 1п(г1 /гг)

где /1 и /2 - измеренные температуры стенок в точках г1 и г2 соответственно, а г0 - внешний радиус трубки.

Рисунок 1.3 - Поперечное сечение перегородки в топке парового котла [13]

Такая расчетная схема достаточно груба. Она применима только при наличии избыточного количестве термопар (см. выше). При этом местная плотность

теплового потока д^) зависит от углового коэффициента (в терминологии авторов - коэффициента обзора) (рисунок 1.4):

Ф) = q„Ms) >

(1.2)

где qm - измеренная или рассчитанная плотность теплового потока.

Надписи на рисунке: View factor у - коэффициент обзора у, Extended coordinate s, mm - расширенная (поперечная) координата s, мм Рисунок 1.4 - Распределение коэффициента y(s) на внешней поверхности водостенной трубы [13]

Коэффициент теплоотдачи hin авторы определяли по закону Ньютона. О соответствии полученных результатов известным из литературы речь не идет.

Опыты в топке парового котла мощностью 50 МВт проводились при сжигании угля и угля с добавлением древесных опилок. Результаты последнего из режимов представлены на рисунке 1.5.

Установлено, что предлагаемый измеритель теплового потока и предлагаемая процедура определения теплового потока может использоваться как в случаях, когда внутренняя поверхность трубы экрана чистая, так и в случаях,

когда на внутренней поверхности трубы присутствуют накипь и коррозионные отложения.

Измеритель работает «в течение длительного времени» (значение не указано). Применялся он и как индикатор отложений шлака и накипи на поверхностях экранных труб.

а)

1 I ' I 1 I ' I ' I 1 I 1 I 1

О 50 100 150 2110 250 300 350 .»00 Типе, uiíii

б)

Рисунок 1.5 - Результаты опытов при сжигании смеси угля с опилками [13]: а - полученные температуры датчика, б - расчетные параметры:

дш - плотность теплового потока, Т/- температура пароводяной смеси, Иш - коэффициент теплоотдачи

Й. Талер и др. [14] внесли в конструкцию зонда изменения (рисунок 1.6).

б)

Рисунок 1.6 - Измерители потока для экранных трубок: а - ребра, приваренные к измерителю потока, и б - плавники, приваренные к соседним трубкам водяных стенок [14]

Первый вариант измерительной трубки (рисунок 1.6, а) отличается от представленной на рисунке 1.2 тем, что рёбра (плавники) приварены только к стенкам измерителя потока, а не к стенкам экранных труб. Во втором варианте

(рисунке 1.6, б) рёбра приварены к стенкам соседних экранных труб и не приварены к измерителю потока.

В рассматриваемой работе помимо натурных опытов выполнено численное моделирование с использованием программного пакета АКБУБ/СЕХ, что позволило получить результаты, представленные на рисунках 1.7 и 1.8.

Рисунок 1.7 - Распределение температуры в измерителе потока, полученное из решения обратной задачи для «точных» данных: / = 419,66 оС. /2 = 417,31С,

/3 = 374,90 °С, /4 = 373,19 °С, /5 = 318.01 °С [14]

Рисунок 1.8 - Распределение температуры в измерителе потока, полученное из решения обратной задачи для «возмущенных» данных: /1 = 420,16 С, /2 = 416,81 °С, /3 = 375,40 °С, /4 = 372,69 °С, /5 = 318.01 °С [14]

Погрешность (в современной терминологии - неопределенность) термометрии авторы признали приемлемой, но отмечают: «Чтобы добиться хорошей точности измерений, погрешности в измеренных температурах трубкой теплового потока в местах расположения термопар должны быть небольшими, так как они оказывают наибольшее влияние на точность оценки параметров. Предлагаемые измерительные трубки и обратная процедура определения поглощенного теплового потока могут быть использованы тогда, когда внутренняя поверхность трубки, на которую падает тепловой поток, чистая. Если на её внутренней поверхности присутствуют отложения, что может произойти после длительной работы измерительной трубки теплового потока, точность измерения может быть низкой» [14].

Численное моделирование теплообмена в описанных условиях позволило авторам работы [15] получить распределение температуры и плотности теплового потока по поверхности участка экранной трубы с двумя «полуплавниками» (рисунки 1.9 и 1.10).

Рисунок 1.9 - Распределение температуры по окружности трубы и плавнику [15]

Надписи на рисунке: Total Surface Heat Flux (W/m2) - плотность теплового потока, Вт/м ,

Curve Length (m) - длина дуги, м Рисунок 1.10 - Изменение плотности теплового потока по окружности трубы и плавнику [15]

Работа выполнена в программе ANSYS-FLUENT. В основе расчета -решение обратной задачи теплопроводности с использованием температуры на поверхности, измеряемой единственной (!) термопарой, установленной «на вершине» трубы с огневой стороны топки. Схема модели представлена на рисунке 1.11, из которого следует, что внутренняя стенка трубы подвергалась («мысленно») существенной доработке. Это, помимо достаточно грубых допущений при построении математической модели, вызывает дополнительные вопросы. Результаты расчетов представлены на рисунке 1.12. Авторы утверждают: «Измерение температуры металла с помощью термопары, вставленной в отверстие, просверленное в верхней части экранной трубы, а затем вычисление поглощенного теплового потока является более жизнеспособным и простым методом для докритических котлов в диапазоне рабочего давления 120-160 бар» [15].

Надписи на рисунке: Fire side - сторона пламени; Isulation side - сторона изоляции; Do - наружный диаметр котловой трубы; Dmajor - большой внутренний диаметр трубы; Dminor - малый внутренний диаметр трубы; Dc - диаметр установки термопары Рисунок 1.11 - Схема трубки и расположения термопары [15]

Надписи на рисунке: Predicted themocouple temperature (°C) - прогнозируемая температура термопары, °C; Computed outside surface heat flux (W/m2) -расчетная плотность теплового потока наружной поверхности, Вт/м2 Рисунок 1.12 - Расчет плотности теплового потока: сравнение с фактическими значениями [15]

Представленные выше методы основаны на термометрии и математическом моделировании. Ряд присущих им недостатков, приводит к высокой неопределенности полученных результатов.

Существуют и экспериментальные методы теплометрии в газоплотных топках; конструкция одной из них представлена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Температурная вставка БГРЭС-1 для плавниковых труб 32*6 мм

Особенностью вставки является укладка ХА термопары ТТЦ11-600. Для кабельной термопары ТТЦ11-600 характерно малое сечение и наличие металлической оболочки диаметром 1,5 мм. Это дает возможность поместить ее в подготовленную канавку на лобовой образующей цилиндрической части, подвергающейся значительному температурному воздействию. На ней размещают две термопары, одна из которых - рабочая, вторая - дублирующая. На тыльной стороне смонтирована еще одна термопара. Термопары припаивают серебросодержащим припоем. Такая схема установки термопар повышает надежность устройства.

Разность температур & пересчитывают в плотность теплового потока д по приближенной зависимости д = 5,9А?. Возможна также оценка воспринятого теплового потока.

Передовой методикой прямого измерения теплового потока в топке котла с газоплотными экранами можно считать применение гетерогенных градиентных датчиков теплового потока (ГГДТП) [1], описанное в разделе 1.4. Эти результаты получены в первые десятилетия XXI в.; их применение имеет несомненные фундаментальные и прикладные перспективы.

Кроме упомянутых выше, существует достаточно много котлов с негазоплотными экранами. Такие котлы, как правило, используются в сфере ЖКХ; их мощность не превышает нескольких десятков мегаватт. Таких котлов в Российской Федерации много, а повышение их энергоэффективности представляет актуальную задачу.

Попытки оценить распределение тепловой нагрузки по топкам негазоплотных котлов предпринимались уже в 60-х годах двадцатого столетия.

В работе Е. В. Нортовера и Й. А. Хичкока [16] описаны эксперименты по измерению местного теплового потока в топке котла с негазоплотным экраном, работающего на мазуте. Требованиями к измерителю теплового потока авторы считали высокую достоверность измерений, слабую зависимость чувствительности измерительного диска от температуры, высокую коррозионную и температурную стойкость датчика, простоту установки измерителя на экранные трубы и невысокую стоимость прибора. Последняя важна для возможного оснащения такими средствами измерения топок котлов в промышленных масштабах.

Падающий тепловой поток (рисунок 1.14) радиально распределяется по диску и далее отводится к экранной трубе через сварной шов. Термическое сопротивление измерительного диска обеспечивает разность температур между его центром и периферией и формирует ЭДС, пропорциональную этой разности. Соединительные провода, подключенные к центру диска и корпусу измерителя, образуют термопару. Диск является одним концом термопары («горячим спаем» является центр диска в месте присоединения первого провода), а вторым («холодным спаем») является соединение диска с корпусом измерителя.

Надписи на рисунке: Radiation heat flux - радиационный тепловой поток; Meter disk - измерительный диск; Meter body - корпус измерителя; Connecting wires - соединительные провода; Attachment weld - сварной шов; Evaporator tube -трубка испарителя Рисунок 1.14 - Принцип работы измерителя теплового потока [16]

Корпус и соединительные провода выполняют из высокотемпературного материала, а диск из материала, отличающегося низкой теплопроводностью. Для защиты от агрессивного воздействия среды на соединительные провода в полости между корпусом и трубой, эта полость гермитезировалась и в неё закачивался аргон. Авторы указывают: «В идеале диск измерителя должен точно имитировать секцию трубы котла, на которой он установлен, с точки зрения коэффициента излучения, формы и температуры поверхности. В процессе эксплуатации поверхность измерителя будет быстро покрываются отложениями золы и примет излучательную способность окружающей среды. Измеритель зонда (диск) находится близко к пламени и имеет небольшую площадь поверхности в сравнении с пламенем. Таким образом, коэффициент формы излучения для диска или части трубки, которую он заменяет, будет приближаться к единице, и поток, получаемый

диском или трубой, будут весьма сходны. Что касается температуры поверхности, то поскольку измеритель приваривается к внешней поверхности трубки, он обязательно должен работать при температуре выше, чем у самой трубки» [16]. Разницу в плотности теплового потока на измерительном диске и на поверхности котловой трубы авторы оценили в 5%, что приемлемо для измерения теплового потока, падающего на экранные трубы топки.

Экспериментально подобрана оптимальная пара материалов для изготовления измерителя. Для диска использовали Corronel 230, а корпус изготавливали из Т2. Эти материалы обладают коррозионной стойкостью и подходят для измерений по термоэлектрической характеристике и теплопроводности. Средняя чувствительность таких измерителей, определенная по предварительной калибровке, составила 0,284 мВ/(кал-см2-с). Измеритель, установленный на отрезок трубы показан на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Измеритель, приваренный к секции трубы [ 16]

Установка измерителей на котловые трубы достаточно проста и не требует вмешательства в водяной тракт. Измеритель приваривается к котловой экранной трубе, соединительные провода, защищенные эраном, проводятся по радиусу трубы и выводятся через отверстие в обмуровке к регистрирующему прибору. Схема установки измерителя в топку котла представлена на рисунке 1.16.

Надписи на рисунке: Refractory cement - огнеупорный цемент; Attachment weld (continued around meter and along each edge of cable shield) - сварной шов (сплошной вокруг измерителя и вдоль каждой кромки экрана кабеля); Flux meter - измеритель потока; Combustion space - топочное пространтство; Boiler tubes - котловая труба; Outer casing - наружная стенка; Refractory bricks - огнеупорный кирпич Рисунок 1.16 - Сечение стенки котла с установленным измерителем потока [ 16]

Измерители были протестированы в высокотемпературных условиях при непрерывном воздействии пламени, созданным мазутной горелкой. Датчики работали в течение 200 дней без ухудшения рабочих характеристик. Авторы признают результат удовлетворительным и делают вывод о применимости измерителей такого типа для промышленного использования. К сожалению, в работе не представлены результаты измерений, позволившие судить о местной плотности теплового потока.

Измерение местной плотности теплового потока в котлах с негазоплотными топками может проводиться с помощью вставок и встроенных термозондов.

Разработка обоих подходов проводилась, наряду с зарубежной практикой, в СССР и продолжается в России.

Основными средствами теплометрии в топках энергетических котлов отечественной разработки и производства являются переносные термозонды конструкци ВНИИМТ, ВТИ и др. [17-19] и температурная вставка конструкции МО ЦКТИ [20].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Проскурин Вячеслав Михайлович, 2024 год

Список литературы

1. Сапожников, С.З. Разработка градиентных датчиков теплового потока для теплометрии в камерах сгорания / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков, К.А. Григорьев, Ю.А. Рундыгин, В.В. Османов // Горение твердого топлива: Тез. докл. VIII Всерос. конф. с междунар. участием, Новосибирск, 13-16 ноября 2012 г.

2. Османов, В.В. Градиентная теплометрия в вихревой топке модернизированного котла БКЗ-210 / В.В. Османов, К.А. Григорьев, А.В. Митяков // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Материалы докладов VII школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, 15-17 сентября 2010 г.).- Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2010.- С. 277-280.

3. Османов, В.В. Результаты вихревого сжигания различных видов топлива в котле БКЗ-210 / В.В. Османов, К.А. Григорьев // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Ч. III. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. - 2009. - С. 35-37.

4. Григорьев, К.А. Опыт низкотемпературного вихревого сжигания различных топлив в котле БКЗ-210-13,8 / К.А. Григорьев, В.Е. Скудицкий, Р.Г. Аношин, В.В. Османов, Б.П. Васильев, Н.И. Мишустин // Сб. докл. Междунар. науч.-технич. конф. "Технологии эффективного и экологически чистого использования угля" (Москва, 29-30 октября 2009).- М.: ОАО "ВТИ", 2009. С. 376-383.

5. Григорьев, К.А. Разработка и промышленные испытания системы теплометрии на основе градиентных датчиков теплового потока в топке котла П-49 / К.А. Григорьев, Ю.А. Рундыгин, В.Ю. Митяков, В.В. Османов // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2014. - №1. - С. 61-69.

6. Пат. на пол. модель 96654 России. Датчик теплового потока / В.Ю. Митяков, С.З. Сапожников, А.В. Митяков, К.А. Григорьев, Ю.А.

Рундыгин, В.Е. Скудицкий, В.В. Османов.- № 2010115436/28; Заявлено 19.04.2010; Опубл. 10.08.2010, Бюл. № 22

7. В. М. Проскурин, Ю. В. Андреев, А. В. Павлов, П. Г. Бобылев, В. Ю. Митяков, А. В. Митяков. Градиентная теплометрия в исследовании дизельной горелки.

8. Митор, В.В. Теплообмен в топках паровых котлов. - М.: Машгиз. - 1963. - 180 с.

9. Наладка котельных установок: Справочник / Д.Н. Кемельман, Н.Б. Эскин - 2-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1989. - 320 с.

10. J. Taler, Measurement of heat flux to steam boiler membrane water walls, VGB Kraftwerkstechnik 70 (1990) 540-546.

11. J. Taler, A method of determining local heat flux in boiler furnaces, Int. J. Heat Mass Transfer 35 (1992) 1625-1634.

12. Z. Fang, D. Xie, N. Diao, J.R. Grace, C. Jim Lim, A new method for solving the inverse conduction problem in steady heat flux measurement, Int. J. Heat Mass Transfer 40 (1997) 3947-3953.

13. Taler J, Duda P, Wegloski B, Zima W, Gradziel S, Sobota T, Taler D (2009) Identification of local heat flux to membrane water-walls in steam boilers. Fuel 2:305-311.

14. J. Taler, D. Taler, P. Ludowski, Measurements of local heat flux to membrane water walls of combustion chambers. Fuel, 115 (2014) 70-83.

15. Sankar G., Kartikeyan V.R., Chandrasekhara Rao A., Seshadri P.S., Balasubramanian K.R., A New Method for Prediction of Local Heat Flux on Membrane Waterwall with Rifled Tubes of Subcritical Boilers. International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-4562 Volume 11, Number 2 (2016) pp 1273-1281.

16. Northover EW, Hitchcock JA. A heat flux meter for use in boiler furnaces. J Sci Instrum 1967;44:371-4.

17. Геращенко, О.А. Основы теплометрии: моногр. / О.А. Геращенко // Киев: Наук. думка, 1971. - 192 с.

18. Геращенко, О.А. Новые теплометрические приборы для исследования лучистого теплообмена / О.А. Геращенко, Т.Г. Грищенко, С.С. Русаков и др. // Теплообмен, 1978: Сб. науч. тр. - М.: Наука. - 1980. - С. 389-394.

19. Наладка котлоагрегатов: Справочник / Д.Н. Кемельман [и др.] // М.: Энергия, 1976. - 344 с.

20. Беляков, И.И. Опыт работы барабанного котла давлением 18,5 МПа /И.И. Беляков // Теплоэнергетика, 2007. - № 7. - С. 61-66.

21. РТМ 24.020.30-75. Методика испытаний парогазовых установок / Е.Н. Прутковский, О.М. Балдина, Х.Г. Демирчан, Ю.П. Черкун, В.И. Озеров, И.Н. Комиссарчик, О.Л. Анисимова, Л.Е. Конторович, Г.В. Абашкин // Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский котлотурбинный институт им. И.И.Ползунова. - 1975.

22. D. Zhang, H. Shi, C. Meng, Y. Wu, H. Zhang, W. Zhou, and S. Ran (2016) Measurements on Heat Flux Distribution in a Supercritical Arch-Fired Boiler Springer Science+Business Media Singapore and Tsinghua University Press 2016:207-212.

23. A. Martucci, O. Petrella, F. De Gregorio, L. Marciano, M. Musto, G. Rotondo, E. Gaudio, Innovative calibration methodology for gardon gauge heat flux meter.

24. C.A. Pullins, T.E. Diller, Direct Measurement of Hot-Wall Heat Flux, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 26(2012) 430-438.

25. E. Guillot, I. Alxneit, J. Ballestrin, J.L. Sans, C. Willsh, Comparison of 3 heat flux gauges and a water calorimeter for concentrated solar irradiance measurement, Energy Procedia, 49(2014) 2090-2099.

26. Fu T, Zong A, Zhang Y, et al. A Method to Measure Heat Flux in Convection using Gardon Gauge [J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 108:1357-1361.

27. Arai N., Matsunami A., Churchill S.W. A review of Measurements of Heat Flux Density Applicable to the Field of Combustion Experimental. Thermal and Fluid Science 1996;12(4): 452-460.

28. Sumikama, S., Netsu Sensa Nyumon (in Japanese), Keigaku Shuppan Co., pp. 130-136, 1984.

29. Schulte, E. H., and Kohl, R. F., Rev. Sci. Instrum. 40(11), 1420-1427, 1969.

30. Hager, N. E., Jr., Rev. Sci. lnstrum. 36, 1564-1570, 1965.

31. Anson, D., and Godridge, A. M., J. Sci. lnstrum. 44, 541-544, 1967.

32. Hottel, H. C., Myer, F. W., and Stewart, I., Ind. Eng. Chem. 28, 708-710, 1936.

33. Sumikama, S., Jpn. Patent No. 16666 (1975).

34. Геращенко О.А. Основы теплометрии. - Киев: Наук. Думка, 1971- 191 с.

35. Митяков В.Ю. Возможности градиентных датчиков теплового потока на основе висмута в теплотехническом эксперименте: дис. ... д-ра тех. наук: 01.04.14: защищена 01.03.05: утв. / Митяков Владимир Юрьевич; СПбГПУ. -СПб, 2005. - 239 с.

36. Геращенко О.А., Федоров В. Г. Тепловые и температурные измерения -Киев: Наук. Думка 1968. - 304 с.

37. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В. Основы градиентной теплометрии: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 215 с.

38. White W. P. The thermoelement as a precision thermometer// Phys. Rev.— 1910.— 31, N 2.— P. 135—158.

39. Lawton R. W., Prouty L. R., Hardy J. D. A calorimeter for rapid determination of heat loss and heat production in laboratory animals // Rev. Sci. Instrum.— 1954.— 25, N 4.— P. 370—377.

40. Jespersen H. B. Thermal conductivity of moist materials: its measurement //Journal of the Institute of Heating and Ventilating Engineers. - 1953. - Т. 21. - С. 157-174.

41. Sippawit, N. and Leephakpreeda, T. (2015) Study of sensing heat flow through thermal wall by using thermoelectric module.

42. Leephakpreeda, T. (2012) Application of thermoelectric modules on heat flow detection.

43. McKinnon, C., Bernardini, R.R., Thresher, W., Ruis, S.L. and Yarbrough, D.W. Commercial Bismuth Telluride-Based Peltier Plates for Use as Heat Flux Transducers.

44. Анатычук Л. И., Лозинский Н. Г., Микитюк П. Д., Розвер Ю. Ю. Термоэлектрический полупроводниковый тепломер // ПТЭ,— 1983.— № 5.— С. 2.38—239.

45. Черинъко В. Н. Методы и приборы для измерения переменных тепловых потоков.— Киев : Знание, 1981.— 26 с.

46. Дульпев Г. Н., Пилипенко Н. В. Об измерении нестационарных тепловых потоков при помощи тепломеров // ИФЖ.— 1975.— 29, № 5.— С. 814—820.

47. Gromov, G.G., Glyazer, S.A., and Zakhartsev, Y.V. (2015) Thermoelectric Heat Flux Sensors. J. of Thermoelectricity, 6 (2016), 88-98.

48. Митяков А.В. Градиентные датчики теплового потока в нестационарной теплометрии: дис. ... канд. техн. наук: защищена 06.06.2000: утв. /Митяков Андрей Владимирович; СПбГТУ. - СПб, 2000. - 134 с.

49. Сапожников, С.З., Митяков, В.Ю., Митяков, А.В. Градиентные датчики теплового потока. - СПб.: СПбГПУ, 2003. - 169 с.

50. Сапожников С. З., Митяков В. Ю., Митяков А. В. Градиентные датчики теплового потока в теплотехническом эксперименте. СПб.: СПбГПУ, 2007. 202 с.

51. Сапожников, С.З. Градиентные датчики в нестационарной теплометрии процессов /А.В. Митяков, В.Ю. Митяков, С.З. Сапожников // XIII Школа-семинар молодых ученых и специалистов. - Москва ,2003. - Т.1. - С. 127-130.

52. Митяков В. Ю., Можайский С. А., Сапожников С. З. Градиентные датчики для высокотемпературной теплометрии / Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, No 19. С.1—55.

53. Османов В.В. Совершенствование топочной теплометрии на основе градиентных датчиков теплового потока: дис. ... канд. техн. наук: защищена 21.04.2015: утв. /Османов Виктор Викторович; СПбГПУ, 2015. - 158 с.

54. Sapozhnikov S. Z., Mityakov V. Yu. / Heatmetry. The Science and Practice of Heat Flux Measurement // St.- Petersburg: Springer International Publishing, 2020, p 209.

55. Geiling, L. Das Thermoelement als Strahlungsmesser / L. Geiling // Zschr. F.Angew. Phys., 1951. - Bd. 3.12.

56. Дивин Н.П. Датчик теплового потока. Свидетельство на полезную модель № 9959 с приоритетом от 10.08.1998 г. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 16.05.99. Бюллетень «Полезные модели». №5.

57. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В. Измерение нестационарных тепловых потоков градиентными датчиками на основе монокристаллов висмута // ЖТФ. - 2004. - Т.74 - №7. - С.114-120.

58. Пилат, И.М. Термоэлектрический приемник излучения на анизотропных элементах / И.М. Пилат, В.С. Ветошников, К.И. Хохлачев // Тепловые приемники излучения. - Л.: 1974. - С. 2-7.

59. Ордин С.В., Шелых А.И. Электронное отражение и зонная структура высшего силицида марганца // Термоэлектрики и их применение: Тр. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. 2002. - С. 34.

60. Сапожников, С.З. Теплометрия в энергетике и экологии: Использование градиентных датчиков / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков // Фундаментальные исследования в технических университетах : тез. докл. науч.-техн. конф. - СПб: Изд-во СПбГТУ, 1998. - С.192.

61. Митяков А.В. Изучение радиационно-конвективных тепловых потоков с помощью градиентных датчиков / А.В. Митяков, В.Ю. Митяков, С.З. Сапожников // II Рос. нац. конф. по теплообмену. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. -Т.6. - С. 331-334.

62. Сапожников С.З. Математическая модель и экспериментальное исследование датчика излучения в оптическом диапазоне длин волн / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков // Наука Кубани. Проблемы физико-математического моделирования. Естественные науки. - 1998. - №2. -С. 17-21.

63. Sapozhnikov, S.Z. Heat Flux Sensor For Heat Transfer Investigation / S.Z. Sapozhnikov, V.Y. Mitiakov, A.V. Mitiakov // 11 -th International Heat Transfer Conference. - Kyongju, Korea, 1998. - Vol. 4. - P.77-79.

64. Митяков, В.Ю. Использование градиентных датчиков теплового потока для исследования местной теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра /

B.Ю. Митяков, А.В. Митяков, С.З. Сапожников // XII Школа-семинар молодых ученых и специалистов. - М.- Изд-во МЭИ, 1999. - Т.1. - С. 47-50.

65. Сапожников, С.З. Локальный теплообмен при вынужденной конвекции в сферической лунке / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков // IV Минский международный форум по тепломассообмену. - Минск, 2000.

C. 479-482.

66. Mitiakov, V. Local Heat Transfer In The Spherical Cavity At The Forced Convection / V. Mitiakov, S. Sapozhnikov, A. Mitikov // 3-rd Europian Thermal Sciences Conference 2000. - Heidelberg, Germany, 2000. - Vol.2. - P. 671-674.

67. Mitiakov, V. Transient Phenomena In Gradient Heat Flux Sensor / V. Mitiakov, S. Sapozhnikov, A. Mitikov // 3-rd Europian Thermal Sciences Conference 2000. - Heidelberg, Germany, 2000. - Vol.2. - P. 687-690.

68. Sapozhnikov, S. Experimental Investigation Of The Convective Heat Transfer Using Gradient Heat Flux Sensor / S. Sapozhnikov, V. Mitiakov, A. Mitiakov, Y. Chumakov // 5th World Conference On Experimental Heat Transfer. Fluid Mechanics and Thermodynamics. - Thessaloniki, Greece, 2001. - Vol.2. - P. 11111116.

69. Митяков, А.В. Определение радиационных и теплофизических характеристик материалов методами градиентной теплометрии / А.В. Митяков, В.Ю. Митяков, С.З. Сапожников // Тр. XXVI Сибирского теплофизического семинара. Институт теплофизики СО РАН. - Новосибирск, 2002.

70. Сапожников, С.З. Возможности градиентных датчиков при измерении тепловых потоков, температур касательных напряжений трения / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков // Тр. XXVI Сибирского теплофизического семинара. Институт теплофизики СО РАН. - Новосибирск, 2002.

71. Сапожников, С.З. Динамические характеристики градиентных датчиков теплового потока / С.З. Сапожников, А.В. Митяков, В.А. Сахаров [и др.] // Тр. XXVII Сибирского теплофизического семинара. Институт теплофизики СО РАН. - Новосибирск, 2004.

72. Блинов М.А., Лебедев М.Е., Митяков А.В. и др. Экспериментальное исследование течения и теплообмена при свободной и смешанной конвекции воздуха в вертикальной круглой трубе // XVI Школа-семинар молодых ученых и специалистов. - М.: МЭИ, 2003. - Т.2. - С. 214-217.

73. Сапожников, С.З. Возможности градиентной теплометрии при изучении локального теплообмена в камерах сгорания ДВС / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков // Тр. III Рос. нац. конф. по теплообмену. - М.: МЭИ, 2002. - Т.1. - С. 215-218.

74. Пат. на полезную модель No75467. Датчик теплового потока (варианты) / В. Ю. Митяков, А. В. Митяков, С. З. Сапожников. Заявка No 2007137839, приоритет от 04.10.07.

75. Митяков, А.В. Градиентная теплометрия в теплоэнергетических установках: дис. ... д-ра тех. наук: 05.14.04: защищена 06.04.2010 г / Митяков Андрей Владимирович; СПбГПУ. - СПб, 2010.

76. Григорьев, К.А. Опыт низкотемпературного вихревого сжигания различных видов топлива в котле БКЗ-210-13,8 Кировской ТЭЦ-4 / К.А. Григорьев, В.Е. Скудицкий, Ю.В. Зыкин, Ю.А. Чирков, Р.Г. Аношин, В.В. Османов // Электрические станции, 2010. №№ 4. - С. - 9-13. DOI: 10.1007/s10749-010-0169-1.

77. Скудицкий, В.Е. Комплексная модернизация пылеугольных котлов на основе низкотемпературной вихревой технологии сжигания / В.Е. Скудицкий, К.А. Григорьев, Р.Г. Аношин, В.В. Османов // Энергосбережение и энергоэффективность экономики Кузбасса, 2010, август.- С. 31-34.

78. Experience with low temperature vortex combustion of different fuels at bkz-210-13,8 boiler of kirov chp-4 and possibilities of its use at Balkans / K.A. Grigoryev, V.E. Skouditskiy, R.G. Anoshin, V.V. Osmanov, S.V. Djekic //

International Conference POWER PLANTS 2010 (26-29 October 2010, Vrnjacka Banja, Serbia): Book of abstracts. P. 38. http : //e2010. drustvo-termicara. com/.

79. Григорьев, К.А. Опыт низкотемпературного вихревого сжигания различных топлив в котле БКЗ-210-13,8 Кировской ТЭЦ-4 и возможность его использования на Балканах / К.А. Григорьев, В.Е. Скудицкий, Р.Г. Аношин, В.В. Османов, С.В. Джекич // Материалы международной конференции Power Plants 2010 (Сербия, Врнячка Баня, 26-29 октября 2010 г.). CD. http://e2010.drustvo-termicara.com/ (рус. и серб.).

80. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Изд. 3-е. - СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ. - 1998. - 256 с.

81. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / под ред. Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия. - 1973. - 295 с.

82. Теплообмен излучением: Справочник / А.Г. Блох, Ю.А. Журавлев, Л.Н. Рыжков. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.: ил.

83. Диффузионная сварка материалов: Справочник / В. П. Антонов и др.; Под ред. Н. Ф. Казакова. М.: Машиностроение, 1981. 271 с.

84. Люшинский, А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.В. Люшинский // М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 208 с.

85. Бачин, В. А. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки: Учебник для вузов / В.А. Бачин, В.Ф. Квасницкий, Д.И. Котельников и др.; Под общ. ред. В.А. Бачина. - М.: Машиностроение, 1991. -352 с: ил.

86. Митяков, А.В. Градиентные датчики теплового потока в физическом и промышленном эксперименте // Изв. вузов. Приборостроение, 2009. - № 7. -Т. 52. - С. 75-81.

87. Sapozhnikov, S.Z.; Mityakov, V.Y.; Mityakov, A.V.; Gusakov, A.A.; Zainullina, E.R.; Grekov, M.A.; Seroshtanov, V.V.; Bashkatov, A.; Babich, A.Y.; Pavlov, A.V. Gradient Heatmetry Advances. Energies 2020, 13, 6194. https://doi.org/10.3390/en13236194.

SS. ГОСТ 34100.1 - 2017/ISO/IEC Guide 98-1:2009 «Неопределенность измерения».

S9. ГОСТ Р54500.1 - 2011/Руководство ИСОМЭК 98-1:2009.

90. Руководство по эксплуатации и техобслуживанию горелки, работающей на легком жидком топливе KP-6; KP-6L; KP-6 LH; KP-6-2; KP-6 H-2 : разработчик и изготовитель OILON HOME OY : Lahti : Finland : 20030943 RU.

91. Османов, В.В. Градиентные датчики теплового потока для теплометрии в топках котлов / В.В. Османов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. -2013. - №4-1(183). - С. 100-104.

92. Mmmm В.Ю., Проскурин ВМ., Сапожников С.З., Павлов А.В., Бобылев П.Г. Градиентная теплометрия при мониторинге топочных процессов // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. № 1. С. 42-51.

93. Теплофизичеечские свойства рабочих веществ теплоэнерегтики: справочник / А. А. Александров, К. А. Орлов, В. Ф. Очков. -2-е изд., перераб и доп. - M.: Издательский дом MЭИ, 2017. - 226 [S] с.: ил.

94. Bobylev, P.G.; Pavlov, A.V.; Proskurin, V.M.; Andreyev, Y.V.;Mityakov,V.Y.; Sapozhnikov, S.Z. Gradient Heatmetry in a Burners Adjustment. Inventions 2022, 7, 122. https://doi.org/10.3390/inventions7040122.

95. G. Walter, L. I. Kiss, A. Charette, V. Goutière,: Flame Object Heat Transfer using Different Burner Types and Orientations. Light Metals, TMS, 2006.

96. Руководство по регулированию и техническому обслуживанию газовых горелок GP-6.10; GP-6.10 H; GP-6.20; GP-6.20 H: разработчик и изготовитель А/О ОЙЛОН : Лахти : Финляндия : 40120312 RUS.

Приложение А

Акты внедрения

ЭСМСЕВЕР

□ [phone] @ www.esmsever.ru

□ ¡[e-mail] □ ИНН 7842087855 / КПП 780201001

энергос троймонтаж

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертации Проскурина Вячеслава Михайловича «Градиентная теплометрия как метод исследования пламенного нагрева», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по

специальности 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

В 2022 году, после капитального ремонта котла ДКВр 10/13 ст. №4, установленного на котельной ГУП «ТЭК СПб» (ул. Гранитная), при режимной наладке был применен высокотемпературный зонд на основе гетерогенного градиентного датчика теплового потока, представленный в диссертационной работе В. М. Проскурина. Зонд подтвердил работоспособность и позволил совместить методики режимной наладки по действующими нормативами документами с инновационной.

Полученные данные позволили значительно повысить качественный результат наладки.

С помощью зонда выявлена неравномерность распределения плотности теплового потока в топочном пространстве котла при использовании газомазутных горелок (ГМГ). Результаты диссертации Проскурина В.М. упростили процедуру подбора нового горелочного оборудования при реконструкции котлов типа ДКВр.

Генеральный директор ООО «ЭСМ Север»

Главный инженер ООО «Север»

В.В. Калинин

М.В. Дьяков

ООО «ЭСМ Север»

ЭСМСЕВЕР 194044, г. Санкт-Петербург, вн.тер.г. Муниципальный округ Сампсониевское,

ул. Смолячкова, д.19 Литера А, оф. 206, Бизнес центр "ГАП"