Исследование и разработка малоэмиссионного комбинированного горелочного устройства для жаротрубных котлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат наук Проскурин Юрий Владимирович

• Проскурин Юрий Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Проскурин Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Горелочные устройства малой мощности

1.2. Постановка задачи исследования

1.3. Выявление тенденций и определение путей совершенствования малоэмиссионных горелок на основе обзора литературы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ВЕРИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Описание объектов исследования

2.1.1. Жаротрубный котел КВ-ГМ-2

2.1.2. Горелочное устройство

2.2. Подготовка трёхмерной геометрической модели расчётной области

2.3. Выбор необходимых расчётных моделей

2.3.1. Описание движения непрерывной среды

2.3.2. Описание условий теплообмена

2.3.3. Описание движения дисперсной среды

2.3.4. Описание процессов горения

2.3.5. Описание процессов образования вредных выбросов

2.4. Построение расчётной сетки для проведения исследований и контроль её качества

2.4.1. Характеристика расчётной сетки

2.4.2. Исследование сеточной сходимости

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ

СЖИГАНИИ ТОПЛИВ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ ЖАРОВЫХ

ТРУБ

3.1. Исходные данные для расчетных исследований и разработка критериев для оценки результатов численных экспериментов

3.2. Исследования рабочих процессов при сжигании природного газа

3.3. Исследования рабочих процессов при сжигании сырой нефти

3.4. Исследования рабочих процессов при сжигании дизельного

топлива

Выводы по главе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА

МАЛОЭМИССИОННОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА

ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

4.1. Исследование влияния угла установки аксиальных лопаток

4.2. Исследование режимов ступенчато-стадийного сжигания природного газа

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА ПРИ СЖИГАНИИ ЖИДКИХ

ТОПЛИВ

Выводы по главе

ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА

6.1. Описание заводского горелочного устройства

6.2. Апробация горелочного устройства на заводском испытательном стенде

6.3. Экспериментальные исследования работы горелочного устройства на котле

Выводы по главе

ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СЖИГАНИЯ ЖИДКИХ ТОПЛИВ С ПОДТОВАРНОЙ ВОДОЙ В РАЗРАБОТАННОМ ГОРЕЛОЧНОМ УСТРОЙСТВЕ

7.1. Влияние ввода воды на процесс сжигания топлив

7.2. Расчетные исследования сжигания сырой нефти совместно

с подтоварной водой

7.3. Расчетные исследования сжигания дизельного топливасовместно с подтоварной водой

Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Результаты численных экспериментов исследуемых горелочных устройств при сжигании природного газа

(варианты №№8 и 4)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты численных экспериментов сжигания дизельного топлива в разработанном горелочном

устройстве (с А = 21 мм)

ПРИЛОЖЕНИЕ В Результаты численных экспериментов сжигания сырой нефти с подтоварной водой (относительный расход 10%) в разработанном горелочном устройстве на номинальной нагрузке

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты численных экспериментов сжигания дизельного топлива с подтоварной водой (с относительным расходом 3 и 5%) в разработанном горелочном устройстве (с А = 21 мм)

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка малоэмиссионного комбинированного горелочного устройства для жаротрубных котлов»

Актуальность работы

В «Энергетической стратегии России на период до 2035 года» [1] предусмотрено в частности создание и организация серийного производства установок малой энергетики в связи с резко возросшим в последние годы интересом к малогабаритным водогрейным котлам в системах автономного теплоснабжения. В настоящее время теплоснабжение России, кроме крупных ТЭЦ, обеспечивают около 6,5 тыс. котельных общей мощностью более 20 Гкал/час и более 100 тысяч мелких котельных, на которых установлены паровые и водогрейные котлы малой мощности (до 5 МВт). Такие котлы широко используются в котельных не только в ЖКХ, но и в других отраслях промышленности: нефтедобыча и ее транспортировка, химия, металлургия, сельское хозяйство и пр.

Для этих целей в настоящий момент достаточно большими темпами идёт внедрение жаротрубных водогрейных котлов. В последние годы на российском рынке жаротрубных котлов все чаще стали появляться отечественные производители. Однако большинство из них предлагают заказчикам собственные или лицензионные жаротрубные котлы, оснащенные, как правило, зарубежными дутьевыми горелками ведущих европейских производителей: «Вейсхаупт» (WEISHAUPT), «Зааке» (ZAAKE), «Гирш» (GIRSH) - Германия, «Элко» (ELKO) - Швейцария, «Чиб-Унигаз» (CHIB-UNIGAZ) - Италия, «Ойлон» (OILON) - Финляндия.

В условиях действующих в настоящее время экономических санкций, предпринятых по отношению к России странами Евросоюза и рядом других государств, это может не только затормозить поставку на отечественные предприятия нового энергетического оборудования, но и существенно

усложнить эксплуатацию и ремонт ранее закупленных жаротрубных котлов и их горелочных устройств.

ПАО «Транснефть» на своих подведомственных объектах эксплуатирует большое количество жаротрубных котлов, которые оснащены зарубежными горел очными устройствами. В соответствии с принятым Правительством РФ направлением на импортозамещение и создание отечественного эффективного оборудования компания приняла решение о разработке современного горелочного устройства для жаротрубных котлов малой мощности для их серийного производства на российских предприятиях.

В этой связи тема настоящей работы, в рамках которой проведены численные эксперименты по исследованию процессов воспламенения и выгорания топлива, а также образования вредных веществ с целью разработки нового комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства, не уступающего зарубежным аналогам, является весьма актуальной.

Основное направление исследований связано с компьютерным моделированием одновременно протекающих процессов кинетики воспламенения и горения, тепломассообмена, аэродинамики и эмиссии вредных продуктов сгорания. Компьютерное моделирование в настоящее время широко и успешно применяется для изучения разных сложных физико-химических процессов. Использование такого подхода позволяет изучить влияние на объекты исследований разных факторов как по отдельности, так и в совокупности.

Разработка выполняется с целью создания российского аналога современных мировых образцов горелочных устройств, использующих новейшие научные разработки в области сжигания топлива. В настоящее время на территории Российской Федерации и стран Таможенного союза отсутствует производство горелочных устройств с необходимым уровнем автоматизации и эффективности сжигания топлива.

Разрабатываемое горелочное устройство планируется для установки на жаротрубных котлах с дымогарными трубами типа КВ-ГМ тепловой мощностью от 0,5 до 3 МВт, работающих на сырой нефти, дизельном топливе и природном газе и используемых в качестве основного оборудования для блочно-модульных котельных, выпускаемых заводом «Транснефтемаш».

Работа направлена на реализацию Государственных программ РФ "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года" (Распоряжение Правительства РФ от 27 декабря 2010 г. N 2446-р), «Энергоэффективность и развитие энергетики» (Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. №321) и "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности" (Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. N 328).

Степень разработанности проблемы

Исследованиями в области разработки горелок малой мощности и сжиганию топлив в жаротрубных котлах в разное время занимались многие организации, в частности ОАО «НПО ЦКТИ», «Фирма ОРГРЭС», ВНИИпромгаз, МосгазНИИпроект, Томский политехнический университет. Большой вклад в разработку таких горел очных устройств внесли Р.Б. Ахмедов, О.Н. Брюханов, А.С. Иссерлин, М.И. Певзнер, Р.И. Эстеркин, В.А. Христич, И.Я. Сигал, К.Ф. Ридер и другие. Проведенные научно-исследовательские работы позволили в 70-80-х годах прошлого века создать разные типы горелочных устройств, такие как диффузионные, дутьевые, инжекционные, ротационные и др., которые получили широкое промышленное внедрение.

Однако в последние 20 лет работы по созданию отечественных современных горел очных устройств в России практически не велись. В результате в настоящее время почти все жаротрубные котлы российского производства оснащаются горелками зарубежных фирм.

В ввиду сложности, многофакторности и взаимообусловливаемости процессов, протекающих в энергетических объектах, проведение исследований горелочных устройств на основе только имеющихся результатов физического эксперимента не представляется возможным. К тому же выполнение натурных экспериментов при создании энергетического оборудования требует больших материальных и временных затрат. В большинстве случаев возможно исследование только ограниченного набора параметров, а корректный учёт масштаба, неизотермичности, неизобаричности и других факторов многократно увеличивает затраты на проведение эксперимента.

Поэтому для решения таких задач в последнее время используется компьютерное моделирования на основе методов вычислительной гидрогазодинамики (CFD - Computational Fluid Dynamics), которое позволяет с достаточной точностью исследовать сложные процессы. Численный эксперимент, выполненный с помощью таких методов, характеризует относительно низкая стоимость, быстрота получения результатов, полнота информации об исследуемых явлениях, возможность моделирования как реальных, так и идеализированных условий протекания процессов.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью работы является исследование особенностей рабочих процессов при сжигании газообразных и жидких топлив в стесненных условиях жаровых труб и разработка современного комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства для отечественных жаротрубных котлов типа КВ-ГМ тепловой мощностью от 0,5 до 3 МВт.

В этой связи в работе решались следующие задачи:

- выявление тенденций и определение путей совершенствования малоэмиссионных горелок на основе обзора литературы;

- создание компьютерной геометрической модели горелочного и топочного устройства и математической модели для 3-х мерных расчетных

исследований протекания процессов тепломассообмена, горения разных видов топлив и образования вредных примесей и ее верификация;

- разработка и обоснование критериев для объективного сравнения по результатам численных экспериментов условий смешения воздуха и топлива, процессов воспламенения и выгорания топливовоздушной смеси, тепломассообмена, а также эмиссии вредных веществ с целью оценки эффективности исследуемых горелочных устройств;

- исследование процессов воспламенения и горения топлив и образования вредных продуктов сгорания в стесненных условиях, выявление особенностей рабочих процессов сжигания природного газа, сырой нефти и дизельного топлива и исследование влияния на них нагрузки котла;

- исследование способов организации ступенчато-стадийного сжигания топлив в стесненных условиях жаровой трубы и определение оптимальных условий его реализации за счет конструкции горелочного устройства;

- разработка конструкция комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства для эффективного сжигания природного газа, сырой нефти и дизельного топлива в жаротрубном котле малой мощности;

- апробация головного опытно-промышленного образца разработанного горелочного устройства;

- расчетные исследования возможности термической утилизации загрязненной (подтоварной) воды при ее сжигании в жаротрубном котле с жидкими топливами в разработанном горелочном устройстве.

Научная новизна

1. Разработаны методы компьютерного моделирования процессов воспламенения и выгорания топлива, тепломассообмена, аэродинамики и эмиссии оксидов азота в стесненных условиях при сжигании газообразных и жидких топлив.

2. Детально исследованы и выявлены основные закономерности физико-химических процессов при сжигании природного газа, сырой нефти и

дизельного топлива в стесненных условиях жаровых труб котла малой мощности и определено влияние нагрузки котла на рабочие характеристики.

3. Проведены расчетные исследования процессов смешения, воспламенения и выгорания топлива, тепломассообмена и образования вредных примесей при организации ступенчато-стадийного сжигания разных топлив для жаротрубных котлов малой мощности.

4. Исследована, предложена и апробирована новая конструкция комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства ступенчато-стадийного сжигания газообразных и жидких топлив.

5. Исследована возможность термической утилизации загрязненной воды при совместном сжигании с жидкими топливами в стесненных условиях жаровой трубы водогрейного котла.

Методология и методы исследования, достоверность результатов

Решение поставленных в работе задач осуществлялось путем проведения расчетных исследований, численных экспериментов и детального анализа полученных результатов.

Достоверность результатов работы обеспечивается применением хорошо апробированных и широко используемых программных продуктов, использованием высокопроизводительного программно-аппаратного комплекса в составе мощного миникластера (120 ядер, 640 Гбайт оперативной памяти).

Верификация математической модели проводилась путем исследования сеточной сходимости, подтвердившей ее достаточную детализацию.

Практическая ценность (значимость) работы и внедрения ее результатов

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложены критерии оценки рабочих процессов с позиций надежности, эффективности и экологической безопасности при сжигании топлив в разных конструкциях горелочных устройств.

2. Предложена и прошла контрольные и приемочные испытания новая конструкция отечественной комбинированной малоэмиссионной горелки для жаротрубных котлов, не уступающая современным зарубежным аналогам; на разработку получены патенты РФ на изобретение и на полезную модель.

3. Показана невозможность термической утилизации загрязненной (подтоварной) воды путем ее совместного сжигания с жидкими топливами в жаротрубном котле малой мощности ввиду снижения надежности работы жаровой трубы.

4. Результаты работы внедрены на котле КВ-ГМ 2.0 в котельной Великолукского завода «Транснефтемаш».

На защиту выносятся:

• предложенный подход к компьютерному моделированию рабочих процессов горения газообразных и жидких топлив в стесненных условиях топочных устройств жаротрубных котлов;

• разработка критериев оценки работы горелочных устройств при сжигании разных видов топлива с позиций надежности, эффективности и экологической безопасности;

• результаты расчетных исследований физико-химических процессов в топочно-горелочных устройствах жаротрубных котлов малой мощности при сжигании газообразного и жидких топлив, а также при сжигании жидких топлив совместно с загрязненной (подтоварной) водой;

• разработанная новая конструкция комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства ступенчато-стадийного сжигания для жаротрубных котлов малой мощности.

Апробация работы

Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на:

1. Всероссийской специализированной научно-практической конференции молодых специалистов с международным участием

«Современные технологии в энергетике» к 130-летию со дня рождения Л.К. Рамзина, г. Москва, 2017 г.

2. Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики», г. Москва, 2017 г.

3. VI Всероссийской конференции с международным участием «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», Новосибирск, 2017 г.

4. Заседаниях кафедры Паровых и газовых турбин, подразделение Парогенераторостроения НИУ МЭИ, 2016-2019 г.г.

Личный вклад автора заключается в:

- постановке задач исследования;

- анализе теоретических и экспериментальных работ по теме диссертации;

- проведении математического моделирования и численных исследований процессов горения и образования вредных продуктов сгорания в стесненных условиях при сжигании газообразного и жидких топлив;

- анализе и обобщении полученных результатов;

- разработке и апробации новой конструкции малоэмиссионного комбинированного устройства для жаровых котлов малой мощности.

Публикации по работе.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 статьях в научно-технических журналах (из них в изданиях, входящих в базу данных Scopus и Web of Science, - 4, в журналах из перечня ВАК - 3, в изданиях, включенных в РИНЦ, - 1), 4 докладах в сборниках трудов научных конференций, 2 патентах РФ на изобретение и полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы, включающего 87 наименований,

и четырех приложений. Работа содержит 240 страниц текста, включая 22 таблицы, 144 рисунка.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Горелочные устройства малой мощности

Важнейшим компонентом современных энергетических установок любой мощности является горелочное устройство или горелка котла. Горелка служит для реализации трёх базовых функций [2, 3]:

- подвод и обеспечение качественного и контролируемого смешения топлива и окислителя;

- обеспечение устойчивого воспламенения и стабильного горения топливо-воздушной смеси;

- создание области реагирования топлива и факела необходимой конфигурации, для обеспечения надёжной и экономичной работы топочной камеры;

Строго говоря, современное горелочное устройство помимо самой горелки включает в себя и вспомогательное оборудование: запальное устройство, запорные топливные клапаны, гляделки, средства автоматического управления, регулирования и сигнализации и т.д.

В энергетике традиционно горелки проектировались индивидуально под конкретный котёл в соответствии с существующими требованиями [3-6], что однозначно определяло конструкцию горелки, с учётом конкретной компоновки и особенностей работы топочной камеры. Стандарты проектирования горелочных устройств готовились ведущими отечественными научными институтами и организациями (ЦКТИ, ВТИ, ВНИИГАЗ и др.) в тесном сотрудничестве с изготовителями энергетического оборудования с учётом специфики оборудования. Особенности работы топочной камеры в этом случае уже учитывались в методике проектирования

горелочного устройства. Это важно, поскольку только в этом случае можно разработать эффективную схему сжигания конкретного топлива, обеспечить минимальный недожог и эмиссию вредных веществ на конкретном оборудовании. При этом горелочные устройства должны удовлетворять следующим требованиям [2, 7-10,]:

- надёжная, безопасная и долговечная работа;

- устойчивое зажигание и горение топлива;

- обеспечение полноты сгорания топлива;

- простота конструкции, удобство монтажа и ремонта;

- возможность работы на разных установках;

- максимальная универсальность по типу сжигаемого топлива;

- минимальное аэродинамическое сопротивление воздушного тракта;

- низкий уровень шума;

- обеспечение требуемых габаритов и конфигурации факела;

- возможность простого использования всех проектных видов топлива и возможность быстрого перехода с одного топлива на другое;

- низкая эмиссия вредных выбросов.

В современных жаротрубных котлах применяются большое количество горел очных устройств разных конструкций. Для их классификации предложено несколько признаков, некоторые из которых представлены в таблице 1.1 [2, 4, 8, 11]. Данная классификация не является исчерпывающей, т.к. существует достаточное количество горелок с используемыми в них оригинальными техническими решениями, например, горелки типа FIR (Forced Internal Recirculation) с принудительной внутренней рециркуляцией, которые существуют всего в нескольких реализациях и не классифицируются по большинству признаков.

Ниже приведено краткое описание разных типов горелочных устройств, классификация которых производится по различным признакам.

Таблица 1.1

Классификация горелочных устройств_

По виду используемого топлива - Газовые - Жидкотопливные - Пылеугольные - Комбинированные

По типу смешения воздуха и топлива - Диффузионные горелки - Горелки с предварительным перемешиванием - Комбинированные

По типу движущей силы - с принудительной тягой - с уравновешенной тягой - инжекционные

По наличию закрутки - вихревые - прямоточные - прямоточно-вихревые

По типу используемого закручивающего устройства - аксиальные - тангенциальные - улиточные - аксиально-тангенциальные (диагональные) - комбинированные

По наличию конструктивных особенностей (другое) - Традиционные - Муфельные - Ротационные - Канальные - и т.д.

По уровню эмиссии КОх - традиционные - Low NOx - Ultra Low NOx

По типу снижения КОх - с использованием топливной стадийности - с использованием воздушной стадийности - с рециркуляцией - комбинированные - и т.д.

По комплектности горелки - Моноблочные (со всем необходимым оборудованием, малой мощности) - Блочные (без специального оборудования для подачи воздуха и топлива, большой мощности)

По виду сжигаемого топлива горелки делятся на: 1. Газовые горелки, в которых газообразное топливо, подаваемое под давлением, смешивается в смесительном устройстве с воздухом и образовавшаяся смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени [10, 13, 14].

Существует два основных вида газовых горелок в зависимости от используемого метода образования топливовоздушной горючей смеси:

атмосферные (инжекционные) и наддувные (вентиляционные) устройства. В большинстве случаев атмосферные горелки является частью котла и входят в его стоимость, наддувные горелки чаще всего приобретаются отдельно. Наддувные горелки являются более эффективными, поскольку в них подача воздуха осуществляется специальным вентилятором, встроенным в горелочное устройство [8, 35].

2. Жидкотопливные горелки, в которых жидкое топливо, подаваемое под высоким давлением, распыляется в виде паров и мельчайших частиц. В смесительном устройстве образовавшиеся пары топлива смешиваются с воздухом и образовавшаяся топливовоздушная смесь поджигается на выходе из смесительного устройства [16]. Причём различают горелки для сжигания «тяжёлого жидкого топлива», то есть мазута или отходов нефтепереработки и «лёгкого жидкого топлива», в качестве которого, как правило, используется дизельное топливо.

3. Комбинированные горелочные устройства, предназначены для сжигания более одного вида топлива. Конструктивно комбинированная горелка представляет собой устройство, в котором соединена газовая и жидкотопливная горелка. Таким образом, комбинированная горелка сочетает в себе достоинства газовых и жидкотопливных горелок.

Комбинированные горелки компактны («два в одном»), не требуется работ по смене горелок. Однако им присущи и следующие недостатки: высокая стоимость котла в сборе с комбинированной горелкой из-за более сложного устройства самой горелки, снижение КПД вследствие работы горелки с разными типами топлива, более высокие требования к техническому обслуживанию, т.к. переход с одного вида топлива на другой всегда сопряжён с определенными трудностями [8, 16, 35].

Следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев горелки, используемые в котлах малой мощности, являются комбинированными. В качестве топлива в таких горелках применяется природный газ и жидкое топливо (мазут, дизельное топливо, сырая нефть).

По типу смешения (способу подачи воздуха и топлива в топку) горелки подразделяются на:

1. Диффузионные, в которых топливо предварительно не смешивается с воздухом и подаётся максимально близко к зоне стабилизации горения.

Принцип их работы связан с раздельной подачей воздуха непосредственно в камеру сгорания и частичного предварительного смешения газовоздушной смеси, когда необходимый для сгорания топлива воздух доставляется из окружающего пространства непосредственно к фронту горения за счет диффузии. При этом зона диффузионного горения, разделяющая области смеси горючего с окислителем (воздухом) и смеси продуктов горения с избыточным воздухом, является весьма тонким слоем

[7, 13].

Горелки диффузионного типа наиболее просты и надёжны в работе. Особенности работы позволяют увеличить и стабилизировать давление газа перед горелкой и добиться устойчивого факела пламени даже при снижении рабочих параметров. Они характеризуются более равномерной температурой по длине факела. Однако диффузионные горелки требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), что может приводить к неполному сгоранию [12, 14].

Диффузионные горелки характеризуются стабильным горением, устойчивой работой при изменении нагрузки в достаточно широком диапазоне. Однако уровень температур в диффузионных горелках выше, что приводит к повышенной эмиссии оксидов азота [7, 17-20].

Наконец, диффузионные горелки легко конструируются как комбинированные, допускающие эффективное сжигание и газообразного и жидких топлива (а если необходимо, то и пылевидного твердого).

2. Кинетические горелки, в которых осуществляется предварительное перемешивание топлива с воздухом, характеризуются коротким голубым факелом и узким диапазоном устойчивой работы [9, 21]. Стабилизация факела кинетических горелок осуществляется с помощью туннелей

(Рисунок 1.1),

тел плохо обтекаемой формы и т.п. При увеличении скорости подачи топливовоздушной смеси в них происходит срыв факела, а при уменьшении - проскок.

Рисунок 1.1. Кинетическая газовая горелка тунельного типа

В зависимости от способа приготовления смеси кинетические горелки делятся на две группы: инжекционные горелки с активной газовой струей; инжекционные горелки с активной воздушной струей. Примером таких горелок являются горелки типа ВРМ итальянской фирмы «Ва11ш».

3. Комбинированные диффузионно-кинетические горелочные устройства с частичным смешением топлива и окислителя не нашли широкого распространения и в настоящее время практически не применяются на котлах.

По типу движущей силы горелки бывают:

1. Дутьевые горелки, конструкция которых включает встроенный вентилятор или турбину. Топливовоздушная смесь готовится в точных пропорциях, благодаря принудительному и контролируемому нагнетанию воздуха. Как правило, смешивание топлива и воздуха происходит непосредственно в процессе сжигания. Котлы с наддувной горелкой, отличаются экономичностью и высокой производительностью. Удаление

продуктов сгорания из зоны горения происходит за счет избыточного давления, создаваемого вентилятором горелки.

Большая часть горелочных устройств для сжигания природного газа и подавляющее большинство моделей дизельных горелок являются дутьевыми вентиляторными горелками.

2. Инжекционные горелки, в которых воздух для горения засасывается (инжектируется) за счёт энергии струи газа и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Основной элемент инжекционной горелки — инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок. Газ, под давлением, проходя через форсунки, инжектирует воздух, находящийся в камере сгорания, изготавливая газо-воздушную смесь [22].

В камере сгорания, в постоянном режиме работает запальник или пилотная горелка, от которой поджигается основное горелочное устройство.

В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха и с полным предварительным смешением газа с воздухом.

В горелках с неполной инжекцией воздуха к фронту горения поступает только часть (40-60%) необходимого для сгорания воздуха (первичный воздух), остальной (вторичный) воздух поступает из окружающего пространства за счёт инжектирующего действия газо-воздушных струй и разрежения в топках. Такие горелки работают при низком давлении газа (Рисунок 1.2). В них образуется однородная газо-воздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения. Эти газовые горелки устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.

В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух) инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа (от 5000 Па до 0,5 МПа). При этом образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объёме. На Рисунке 1.3

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Проскурин Юрий Владимирович, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года [Стратегия утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 9 июня 2017 г. № 1209-р] [Электронный ресурс]. // Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/1920

2. Ахмедов Р.Б. Дутьевые газогорелочные устройства. - М.: Недра, 1977

3. Изюмов М.А., Росляков П.В. Проектирование и расчет горелок. - М.: Издательство МЭИ, 1990

4. ОСТ 108.836.05-82. Горелки газомазутные и амбразуры стационарных паровых котлов. Типы, основные параметры и технические требования. Конструкция и размеры. Методы расчета и проектирования: Нормативно-технический материал. - М.: 1984

5. Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов / Под ред. Э.Х. Вербовецкого, Н.С. Жмерика. - СПб: НПО ЦКТИ, 1996

6. ГОСТ Р 50591-93. Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций N0x в продуктах сгорания. - М.: Издательство стандартов, 1997

7. Хзмалян Д.М. Теория горения и топочные устройства. - М.: Энергия, 1976

8. Горелки для отопительных и промышленных установок / Под ред. С.Е. Беликова. - М.: ООО «Квартика-М», 2003

9. Рациональное использование газа в энергетических установках: Справочное руководство / Р.Б Ахмедов, О.Н. Брюханов, А.С. Иссерлин; под ред. А.С. Иссерлина - Л.: Недра, 1990

10. Ахмедов Р.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания газа и мазута в парогенераторах. - Л.: Недра, 1976

11. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К.Ф. Роддатиса - М.: Энергоатомиздат, 1989

12. Спейшер В.А. Сжигание газа на электростанциях и в промышленности. - М.: Энергия, 1967

13. Вулис Л.А. Аэродинамика факела. - Л,: Энергия, 1978

14. Иванов Ю.И. Газогорелочные устройства. - М.: Недра, 1970

15. Винтовкин А.А., Ладыгичев М.Г., Гусовский В.Л., Калинова Т.В. Горелочные устройства промышленных печей и топок (конструкции и технические характеристики): Справочник. - М.: Интермет Инжинироинг, 1999

16. Ахмедов, Р.Б., Цирульников Л.М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. - Л.: Недра, 1984

17. Лавров Н.В., Розенфельд Э.И., Хаустович Г.П. Процессы горения топлива и защита окружающей среды. - М.: Металлургия, 1981

18. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1987

19. Разработка и внедрение низкотоксичных газомазутных горелок НПО ЦКТИ на энергетических котлах / Н.С. Шестаков и др. // Тр. ЦКТИ. СПБ, 2002. Вып. 287

20. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - Л.: Недра, 1987

21. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. - Л.: Недра, 1987

22. Разработка и совершенствование горел очных устройств для утилизации доменного и других низкокалорийных топлив в энергетических котлах металлургических производств / В.И. Бреус, С.П. Тупицын, Н.С. Шестаков // Энергосбережение и водоподготовка. - 2013. - №3. - С. 45-47

23. Росляков П.В. Методы защиты окружающей среды. - М.: Издательство МЭИ, 2007

24. Разработка комбинированного малоэмиссионного горелочного устройства для котлов малой мощности / Росляков П.В., Проскурин Ю.В., Хохлов Д.А. // Теплоэнергетика. - 2017. - №8. - С. 31-42

25. Хаустов С.А. Совершенствование конструктивных схем жаротрубных котлов на основе численного моделирования процессов горения и теплообмена. Дисс. ... кандидата техн. наук. - Красноярск. - 2016

26. Горелочные устройства для промышленной энергетики / Терехов А.Н., Котлер В.Р. // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. - 2011. -№1 (6)

27. Ахмедов Р.Б. Основы регулирования топочных процессов. - М: Энергия, 1967

28. Росляков П.В., Закиров И.А. Нестехиометрическое сжигание газа и мазута на тепловых электростанциях. - М.: Издательство МЭИ, 2001

29. Исследование стадийного сжигания топлив с целью разработки малотоксичных горелок / П.В. Росляков, Л.Е. Егорова // Химическая физика процессов горения и взрыва. XI Симпозиум по горению и взрыву. Том II. Черноголовка. Типография ИХФЧ РАН. 1996 г.

30. Росляков П.В. Малотоксичные горелочные устройства. - М.: Издательство МЭИ, 2002

31. Малотоксичные горелки как средство снижения выбросов оксидов азота на ТЭС / Ю.П. Енякин, В.Р. Котлер // Энергетик. - 2006. - №12. - С. 6-7

32. Комбинированные горелки фирмы Weishaupt типоразмеры 40-70, исполнение 3LN (LowNOx) multiflam. Технический паспорт. [Электронный ресурс]. // Режим доступа: http ://www. weishaupt.ru/upload/iblock/c81 /c817be6be34e 113 e2e 12179bb 1 f6439f.pdf.

33. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. - Л.: Энергоатомиздат, 1985

34. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Недра, 1989

35. Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики) / А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л. Гусовский и др. - М.: Машиностроение, 2001

36. Белосельский Б.С. Барышев В.И. Низкосортные энергетические топлива: Особенности подготовки и сжигания. - М.: Энергоатомиздат, 1989

37. Машиностроение. Энциклопедия. Котельные установки. Т.1У-18 / Ю.А. Рундыгин, Е.Э. Гильде, А.В. Судаков и др.; Под ред. Ю.С. Васильева, Г.П. Поршнева. - М.: Машиностроение, 2009

38. Блинов Е.А. Топливо и теория горения. Раздел - подготовка и сжигание топлива: Учеб.-метод. комплекс (учеб. пособие) - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007

39. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. - М.: Энергоатомиздат, 1984

40. Analytical theories of turbulence / S. A. Orszag // J. Fluid Mech. -1970. - т. 41, № 2. - P. 363-386

41. Strategies for turbulence modelling and simulations / P. R. Spalart // International Journal of Heat and Fluid Flow. - 2000. - т. 21. - P. 252-263

42. Сравнительное тестирование моделей турбулентности Спаларта-Аллмараса и Ментера на задаче о трансзвуковом обтекании одиночного профиля RAE2822 / П.И. Кудинов // Днепропетровский национальный университет. - 2004

43. Статистическая теория турбулентности (прошлое и настоящее - краткий очерк идей) / Ю.В. Лапин // Научно технические ведомости. - С-П: СПбГПУ. -2004. -№2

44. Eggenspieler, G. Turbulence Modeling [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.ansys.com/staticassets/ANSYS/Conference/Confidence/Sa n%20Jose/Downloads/turbulence-summary-4.pdf

45. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows / P.R. Spalart, S.R. Allmaras // 30th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. - 1992

46. The Numerical Computation of Turbulent Flow / B. E. Launder, D. B. Spalding // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - 1974. - №3. - С. 269-289

47. Numerical investigation of full scale coal combustion model of tangentially fired boiler with the effect of mill ducting / D. Achim, J. Naser, Y. S. Morsi // Heat Mass Transfer. - 2009 - т. 46

48. CFD modeling of Pulverized Coal Combustion in a Rotary Lime Kiln / J. E. Macphee, M. Sellier, M. Jermy, E. Tadulan // Seventh International Conference on CFD

in the Minerals and Process Industries CSIRO (Melbourne, Australia, 9-11 декабря 2009 г.): мат.конф. - 2009.

49. Numerical simulation of a single burner flow / A.Aroussi, S. Kucukgokoglan, M. Menacer, S.J Pickering // 9th. international symposium on flow visualization, Heriot-Watt University (Edinburgh, 2000) : мат. конф. - 2000

50. Predicting Radiative Heat Transfer in Absorbing, Emitting, and Scattering Media Using the Discrete Transfer Method / M. G. Carvalho, T. Farias, and P. Fontes // ASME HTD. Fundamentals of Radiation Heat Transfer. - 1991. - № 160. - P. 17 - 26

51. Computation of Radiant Heat Transfer on a Non-Orthogonal Mesh Using the Finite-Volume Method / E. H. Chui, G. D. Raithby // Numerical Heat Transfer. - 1993. - т.3, №23 - P. 269-288

52. A Finite-Volume Method for Predicting a Radiant Heat Transfer in Enclosures with Participating Media / G. D. Raithby, E. H. Chui // J. Heat Transfer. - 1990. -№112. - P. 415-423

53. Геллер З.И. Мазут как топливо. - Москва: Недра, 1965

54. Основные физические свойства и характеристики нефти и нефтепродуктов. Лекционные курсы Химического факультета кафедры Химии нефти и нефтехимического синтеза Нижегородского гос. университета им. Н.И. Лобачевского [Электронный ресурс]. // Режим доступа: http://www.unn.ru/chem/neft/htmls/index.php7page4ern

55. Наметкин СС. Химия нефти. - Ленинград: ГОНТИ, 1939

56. Лом У.Л., Уильямс А.Ф. Заменители природного газа. Производство и свойства (пер. с англ.). - М: Недра, 1979

57. Pressure-Swirl Atomization in the Near Field / D. P. Schmidt, I. Nouar, P. K. Senecal, C. J. Rutland, J. K. Martin, R. D. Reitz // SAE Paper 01-0496. - 1999

58. Lefebvre A. H. Atomization and Sprays. - Washington DC: Hemisphere Publishing Corporation, 1989

59. Modeling Atomization Processes of Pressure-Swirl Hollow-Cone Fuel Sprays / Z. Han, S. Perrish, P. V. Farrell, R. D. Reitz // Atomization and Sprays. - 1997 - т. 6, №7., - P. 663-684

60. Modeling High Speed Viscous Liquid Sheet Atomization / P. K. Senecal, D. P. Schmidt, I. Nouar, C. J. Rutland, R. D.Reitz // International Journal of Multiphase Flow. - 1999. - №25. - P. 1073-1097

61. Fuel droplet size distribution in diesel combustion chamber / H. Hiroyasu, T. Kadota // CAS paper 740715. - 1974

62. Spalding D.B. Concentration fluctuations in a round turbulent free jet. Chemical Engineering Science. - 1971

63. On mathematical models of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion / B. F. Magnussen, B. H. Hjertager // In 16th Symp. (Int'l.) on Combustion. (The Combustion Institute, Питтсбург, США, 1976): мат. конф. -1976

64. Ansys Help 14.5 Release [Электронный ресурс]. - Электронн. справка для пакета программ Ansys 14.5

65. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. - М.-Л.: Издательство АН СССР, 1947

66. Formation of nitric oxidein premixed hydrocarbon flame / C.P. Fenimore // 13-th Symposium (Int.) on Combustion. 1971. P. 373

67. Природа эмиссии быстрых оксидов азота при сжигании органических топлив / П.В. Росляков, Чжун Бэйцзин // Теплоэнергетика. - 1994. - №1. - С. 71-75

68. Overall Reaction Rates of NO and N2 Formation from Fuel Nitrogen / G. G. De Soete // In 15th Symp. (Int'l.) on Combustion (The Combustion Institute, Питтсбург, США, 1975): мат. конф. - 1975. - С. 1093

69. Improved techniques for the prediction of NOx formation from char nitrogen / P. J. Ashman, B. S. Haynes, P. F. Nelson, P. C. Nancarrow, J. Bus, P. M. Nicholls, T. Prokopiuk, A. R. Buckey, C. Z. Li. // ACARP Report C4065. Australian Coal Association. CSIRO Energy Technology, North Ryde NSW, Australia. - 1999

70. Расчет образования топливных оксидов азота при сжигании азотосодержащих топлив / П.В. Росляков // Теплоэнергетика. - 1986. - №1. - С. 37-41

71. Numerical simulation of a single burner flow / A.Aroussi, S. Kucukgokoglan, M. Menacer, S.J Pickering // 9th. international symposium on flow visualization, Heriot-Watt University (Edinburgh, 2000) : мат. конф. - 2000

72. Survey Meshing Lection RPCM0D08 / Joaquim Bento Cavalcante-Neto // lia.ufc.br: Laboratorios de Pesquisa em Ciencia da Computa?ao Departamento de Computa?ao - UFC. [Электронный ресурс]. // Режим доступа: http://www.lia.ufc.br/~joaquimb/lects/Survey%20Meshing%20Joaquim%20RPCM0D_ Abr2008.pps

73. Introduction to ANSYS Meshing 14.5. Ansys Costumer Portal. [Электронный ресурс]. // Режим доступа: https://support.ansys.com/ AnsysCustomerPortal/en_us/Knowledge%20Resources/Tutorials%20&%20Training%2 0Materials/Training%20Files/Introduction+to+ANSYS+Meshing+14.5

74. ГОСТ 5542-2014. Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2015. - 11 с.

75. Тепловой расчёт котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

76. ГОСТ 30735-2001. Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0.1 до 4.0 МВт. Общие технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 20 с.

77. ГОСТ Р 51858-2002. Нефть. Общие технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2006. - 12 с.

78. ГОСТ 305-2013. Топливо дизельное. Технические условия. - М. : Стандартинформ, 2014. - 12 с.

79. A study of burning processes of fossil fuels in straitened conditions of furnaces in low capacity boilers by an example of natural gas / Roslyakov P.V., Proskurin Y.V., Khokhlov D.A., Zaichenko M.N. // Journal of Physics: Conference Series 980 (2018) 012031. Sixth International Conference «Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows»

80. Повышение эффективности и надежности сжигания жидких топлив в малогабаритных котлах / Росляков П.В., Проскурин Ю.В., Ионкин И.Л. //

Материалы Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (Москва, 9-11 октября 2017 г.) : в 2 т. Т. 2. - М.: Издательский дом МЭИ, 2017. - 410 с.

81. Increase of efficiency and reliability of liquid fuel combustion in small-sized boilers / Roslyakov P.V., Proskurin Yu.V., Ionkin I.L // Journal of Physics: Conference Series, 2017, Volume 891 (1), art. no. 012243

82. Численные исследования комбинированного горел очного устройства и топочного процесса в жаротрубном котле / Зайченко М.Н, Проскурин Ю.В., Хохлов Д.А., Росляков П.В. // Современные технологии в энергетике. Всероссийская специализированная научно-практической конференции молодых специалистов с международным участием, 30-31 марта 2017 г. к 130-летию со дня рождения Л.К. Рамзина: c6. докл./ под общ. ред. С.В. Сафронова. - М.: ОАО «ВТИ», 2017 - 290 с.

83. The Development of Combined Low-Emission Burner Devices for Low-Power Boilers / P. V. Roslyakov, Y. V. Proskurin, and D. A. Khokhlov // Thermal Engineering, 2017, Vol. 64, No. 8, P. 574-584

84. Горел очная голова горел очного устройства / Ревель-Муроз П. А., Проскурин Ю.В., Росляков П.В. и др. // Патент на изобретение №2660592. Дата гос. регистрации в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 06 июля 2018 г.

85. Копылов А. С. Проектирование, наладка и эксплуатация химико-технологического оборудования электростанций. М.: Издательский дом МЭИ, 2006

86. Моделирование процесса горения нефти с подмесом подтоварной воды в жаротрубных котлах / Росляков П.В., Проскурин Ю.В., Кожевников В.А.// Наука и технология трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, 2017, том 7, №2, с. 94-101.

87. Исследование возможности термической утилизации загрязненной воды в жаротрубном котле/ Росляков П.В., Проскурин Ю.В., Зайченко М.Н.// Теплоэнергетика, 2017, №9, с. 25-33

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Результаты численных экспериментов исследуемых горелочных устройств при сжигании природного газа (варианты №№8 и 4)

а) В зоне обратных токов б) По длине жаровой трубы

Рисунок А.1. Поля и вектора аксиальной скорости при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 8)

а) В зоне обратных токов б) По длине жаровой трубы

Рисунок А.2. Поле температуры при сжигании газа на номинальной мощности

в горелочном устройстве (вариант 8)

Рисунок А.3. Область температуры газов в топке более 1500°С при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 8)

Рисунок А.4. Поле концентрации N0 при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 8)

Температура."С 2000

500

■ ^

Рисунок А.5. Область температуры газов в топке более 1250°С при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 8)

Рисунок А.6. Поле концентрации СО при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 8)

Аксиальная скорость, м/с 90 .

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 40

Г

в

а) В зоне обратных токов б) По длине жаровой трубы

Рисунок А.7. Поля и вектора аксиальной скорости при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 4)

а) В зоне обратных токов б) По длине жаровой трубы

Рисунок А.8. Поле температуры при сжигании газа на номинальной мощности

в горелочном устройстве (вариант 4)

Рисунок А.9. Область температуры газов в топке более 1250°С при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 4)

Рисунок А.10. Область температуры газов в топке более 1500°C при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 4)

Концентрация СО, кг/кг 0020

0.012 0.010 0008 0006 0.004 0.002

Концентрация(

а) В зоне обратных токов б) По длине жаровой трубы

Рисунок А.11. Поле концентрации CO при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 4)

Концентрация NO, ррт

Рисунок А.12. Поле концентрации NO при сжигании газа на номинальной мощности в горелочном устройстве (вариант 4)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты численных экспериментов сжигания дизельного топлива в разработанном горелочном устройстве (с А = 21 мм)

в) г)

Рисунок Б.1. Массовая концентрация капель дизельного топлива в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.2. Поля и вектора аксиальной скорости газов в зоне обратных токов в зависимости от мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.3. Поля температуры в зоне обратных токов в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

0.139 0.116 0.093 0.070 0.046 0.023 0.000

в) г)

Рисунок Б.4. Поля концентрации 02 в зоне обратных токов в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.5. Поля концентрации СО в зоне обратных токов в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в)

г)

Рисунок Б.6. Поля и вектора аксиальной скорости газов в зависимости от от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.7. Поля температуры газов в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в)

г)

Рисунок Б.8. Область температуры газов в топке более 1250°С в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

^ _ _........ ^

В) Г)

Рисунок Б.9. Поля концентрации СО в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.10. Поля концентрации С02 в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.11. Область температуры газов в топке более 1500°С в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.12. Поля концентрации N0 в зоне обратных токов в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

в) г)

Рисунок Б.13. Поля концентрации N0 в зависимости от относительной мощности горелки: а) N = 100%; б) N = 80%; в) N = 60%; г) N = 40%

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Результаты численных экспериментов сжигания сырой нефти с подтоварной водой (относительный расход 10%) в разработанном горелочном устройстве

на номинальной нагрузке

л!

. 0 0 ею (го)

Рисунок В.2. Поле и вектора аксиальной скорости в зоне обратных токов

Рисунок В.3. Поле аксиальной скорости в расчетном объеме

J

. о 0 ею (in)

Рисунок В.4. Поле температуры в зоне обратных токов

AN5YS

J

I ООО |ш)

Рисунок В.5. Поле температуры в расчетном объеме

AN5YS

Л

. 0 0 ею (го)

Рисунок В.6. Поле концентрации O2 в зоне обратных токов

Концентрация С02, кг/кг

J

10ОО <я1)

Рисунок В.7. Поле концентрации CO2 в расчетном объеме

AN5YS

л!

. 0 ОЛЮ М

Рисунок В.8. Поле концентрации СО в зоне обратных токов

АИ5У5

.и

1000 |<П)

Рисунок В.9. Поле концентрации СО в расчетном объеме

Температура. "С

А

о пас» 1 ооо ш)

Рисунок В.10. Объемная область горения в жаровой трубе с температурой газов

более 1250°С

Температура,"С 2000 1800

_1

О а SOO 1000 [m)

Рисунок В.11. Объемная область ЗАГ с температурой газов в жаровой трубе более

1500°C

Концентрация N0, ррт

Л

1 <М0 |<П)

Рисунок В.13. Поле концентрации N0 в расчетной области

Рисунок В.14. Поле концентрации Н20 в зоне обратных токов

л

1000 |<П)

Рисунок В.15. Поле концентрации Н20 в расчетной области

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты численных экспериментов сжигания дизельного топлива с подтоварной водой (с относительным расходом 3 и 5%) в разработанном горелочном устройстве (с А = 21 мм)

Рисунок Г.1. Массовая концентрация капель дизельного топлива в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

Рисунок Г.2. Поля и вектора скорости газов в зоне обратных токов в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.3. Поля и вектора аксиальной скорости в расчетном объеме в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.4. Поля температуры газов в зоне обратных токов в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.5. Поля температуры газов в расчетном объеме в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.6. Поля концентрации О2 в зоне обратных токов в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.7. Поля концентрации СО в зоне обратных токов в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.8. Поля концентрации СО в расчетном объеме в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.9. Поля концентрации СО2 в расчетном объеме в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.10. Объемная область с температурой газов в жаровой трубе более 1500°С в зависимости от относительного расхода подтоварной воды:

а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.11. Объемная область с температурой газов в жаровой трубе более 1250°С в зависимости от относительного расхода подтоварной воды:

а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.12. Поля концентрации КО в зоне обратных токов в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%

а) б)

Рисунок Г.13. Поля концентрации КО в расчетной области в зависимости от относительного расхода подтоварной воды: а) 3%, б) 5%