Побудовано математичні моделі еволюції стану стаціонарного та нестаціонарного щільного шару дисперсного матеріалу з урахуванням теплообміну та хімічного реагування. Розглянуто загальний випадок, коли ефективна швидкість гетерогенних реакцій залежить від хімічної кінетики та дифузії газоподібного реагенту. Наведено приклади числових результатів щодо процесу термохімічної переробки вуглевмісних відходів.

Побудовано нову статистичну модель вигоряння вугільних частинок у реакторі з циркулюючим киплячим шаром, що відрізняється від відомих моделей урахуванням внутрішньої циркуляції частинок між перехідною зоною надшарового простору і киплячим шаром. Одержано замкнену систему трьох рівнянь щодо шуканих функцій розподілу частинок за масовими концентраціями вуглецю і запропоновано ітераційний метод її розв'язання. Встановлено, що врахування внутрішньої циркуляції дозволяє істотно уточнити закономірності вигоряння вуглецю, зокрема, помітно знижує його середню концентрацію у реакторі.

Построена обобщенная статистическая теория процесса выгорания угольных частиц в топке с циркулирующим кипящим слоем, отличающаяся учетом как внутренней, так и внешней циркуляции частиц. Получена замкнутая система двух интегральных и двух функциональных уравнений для функций распределения частиц по массовым концентрациям углерода в кипящем слое, ядре и кольцевой области переходной зоны надслоевого пространства и в зоне пневмотранспорта. Построено решение указанной системы на двух итерациях. Найдена область оптимальных режимов, обеспечивающих наиболее полное выгорание топлива в топке с циркулирующим кипящим слоем.

Експериментально досліджено дисперсний склад крапель, що утворюються під час взаємодії двох зустрічно спрямованих факелів розпилу. Розроблено узагальнену математичну модель охолодження циркуляційної води в градирні та знайдено його оптимальні умови.

Індекс рубрикатора НБУВ: З370.2-526

Рубрики:

Котельні цехи теплових електричних станцій

Шифр НБУВ: Ж70419 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проаналізовано існуючі методи розрахунку золового зношування конвективних теплообмінних поверхонь котла. Одержано узагальнюючі безрозмірні залежності для розрахунку коефіцієнта осадження і швидкості золових частинок у разі їх взаємодій з теплообмінними трубами економайзерного пакета. Запропоновано спрощений метод розрахунку зношування труб. Наведено результати тестових розрахунків значень інтенсивності зношування під час спалювання деяких марок вугілля.

Розроблену раніше модель вигоряння твердого палива у циркулюючому киплячому шарі узагальнено на випадок, коли швидкість реакції залежить як від дифузії газоподібного реагенту, так і від хімічної кінетики.

Побудовано систему диференціальних рівнянь, що описують зміну параметрів полідисперсних крапель, твердих частинок і газу у трифазовому потоці стосовно до процесу мокрої очистки димових газів від леткої золи.

Запропоновано новий ітераційний алгоритм інтегрування системи рівнянь переносу у протитечійному двофазовому полідисперсному потоці стосовно до робочого процесу у краплинній градирні. Розрахунок складається з кількох ітерацій, кожна з яких включає два етапи: інтегрування рівнянь для крапель (вниз), починаючи з перетину, де встановлені розбризкувальні пристрої; інтегрування рівнянь для повітря (знизу вгору). Алгоритм вигідно відрізняється від відомих тим, що рівняння для повітря інтегруються "з минулого в майбутнє", і тому працює в широкому діапазоні визначальних параметрів. Алгоритм реалізовано у програмі GRAD4. Розроблено метод порівняння варіантів розподілу щільності зрошування по площі горизонтального перетину краплинної градирні та визначення його впливу на темп охолодження циркуляційної води. Метод грунтується на принципі збереження загальної витрати води та повітря. Показано, що нерівномірний розподіл щільності зрошування помітно погіршує ступінь охолодження води у градирні. Одержані результати розглянуто як інструмент для пошуку шляхів удосконалення та оптимізації робочого процесу у краплинній градирні.

Індекс рубрикатора НБУВ: З370.2-526

Рубрики:

Котельні цехи теплових електричних станцій

Шифр НБУВ: Ж70419 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Обговорено можливості використання теплових вторинних енергоресурсів - фізичної теплоти відпрацьованих газів теплоенергетичних та теплотехнологічних установок. Повітряна регенерація не дозволяє повністю використати теплоту продуктів згоряння, а в деяких випадках нагрівання повітря неприпустиме. Тому єдиним реальним способом використання теплоти продуктів згоряння є термохімічна регенерація, що грунтується на ендотермічній реакції палива з відповідним окиснювачем. Крім того, цей метод дозволяє зменшити викиди шкідливих речовин (зокрема, оксидів азоту) в атмосферу. Розроблено спосіб визначення рівноважного складу реагуючої газової суміші, що грунтується на пошуку мінімуму загальної вільної енергії системи. Для цього використовується найбільш універсальний і простий в реалізації метод крутого спуску з квадратичною апроксимацією. Одержано замкнену систему лінійних алгебричних рівнянь для множників Лагранжа та безрозмірної загальної кількості молів у системі, яка розв'язується на кожному кроці крутого спуску. Обговорено особливості реалізації розробленого методу з урахуванням властивостей функції, що описує сумарну вільну енергію системи. Наведено приклад обчислення рівноважного складу суміші метану з продуктами його згоряння.

Найбільш доцільний шлях використання теплових вторинних енергоресурсів, що утворюються у різних теплових установках, які працюють на природному газі, пов'язаний із методом термохімічної регенерації, що грунтується на реакціях конверсії палива з продуктами згоряння (ПЗ). Мета роботи - розробити схему використання термохімічної регенерації для двигуна внутрішнього згоряння, що працює з певним надлишком повітря, та метод її термодинамічного розрахунку. Оскільки присутність кисню в реагенті для конверсії палива істотно знижує її показники, ми пропонуємо спосіб видалення кисню з тієї частини ПЗ, що служить як реагент для конверсії. Схема складається із теплообмінника для використання ентальпії конвертованого палива (КП), камери згоряння, де певна частка КП спалюється у кисні відповідної частини ПЗ, та двох термохімічних реакторів, встановлених паралельно. Наведено також приклади розрахунку згаданої схеми, які демонструють, що її використання дозволяє зекономити 12,2 % первинного палива. Для порівняння було розраховано найпростішу схему, де реагент для конверсії палива містить кисень. У цьому випадку економія палива на 4,3 - 6,8 % менша.

Значна кількість природного газу використовується для реалізації технологічних процесів у різноманітних промислових печах. Температура відпрацьованих газів таких печей може досягати 1500 - 1800 К, що призводить до значних втрат теплоти та низьких коефіцієнтів використання палива (КВП). Найбільш ефективний шлях значного зменшення цих втрат пов'язаний із технологією термохімічної регенерації (ТХР), що грунтується на конверсії палива з відпрацьованими газами. Щоб досягти максимальних рівнів КВП промислових печей, доцільно застосовувати комбіновану регенерацію - ТХР та нагрівання повітря, що подається на спалювання. Розглянуто дві схеми комбінованої регенерації з паралельним або послідовним розташуванням термохімічного реактора та нагрівача повітря. Запропоновано метод термодинамічного розрахунку цих схем, і розроблено відповідні комп'ютерні програми. Наведено також приклад числових результатів. Зокрема, показано, що "паралельна" схема дозволяє досягти дуже високих КВП ~ 99 %, у той час як "послідовна" дає КВП ~ 95 %. Для порівняння розраховано схеми "чистих" ТХР або повітряної регенерації, що призводять до КВП = 80 - 90 %.

Проблему утилізації теплових вторинних енергоресурсів, що утворюються у різних теплових установках, які працюють на природному газі, необхідно вважати дуже актуальною з точки зору енергозаощадження. Найбільш доцільний шлях її розв'язання пов'язаний із технологією термохімічної регенерації, що грунтується на конверсії палива з продуктами згоряння. Розроблено схему газотурбінної установки з комбінованою системою термохімічної та повітряної регенерації, що грунтується на двох технічних рішеннях: термохімічний реактор розташований не за турбіною (де температура продуктів згоряння досить низька), а між її циліндрами високого і низького тиску; коефіцієнт надлишку повітря дорівнює одиниці, і для зниження температури продуктів згоряння перед турбіною певна частина їх подається у камеру згоряння. Крім того, запропоновано метод розрахунку газотурбінної установки з комбінованою системою регенерації, і розроблено відповідну програму. Числові розрахунки показали, що ця схема забезпечує дуже високий ккд (до 57,6 %) та знижує викиди шкідливих речовин.

Розроблено математичну модель еволюції стану трифазового полідисперсного середовища стосовно до процесу мокрої очистки газів від твердих частинок у скрубері Вентурі. Модель базується на неперервному підході до опису взаємодії крапель і твердих частинок.

Підвищення ефективності очистки димових газів пиловугільних котлів від леткої золи є важливим екологічним завданням. Значне розповсюдження в енергетиці знайшли апарати для мокрої очистки димових газів, але вони, як правило, не відповідають сучасним вимогам, хоча можливості покращення їх роботи ще далеко не вичерпані. Для вирішення цієї проблеми найбільш раціональний шлях пов'язаний із математичним моделюванням. Свого часу така модель (в одновимірній постановці) була побудована авторами для порожнистого скрубера. Одновимірна постановка задачі не дозволяє врахувати один істотний фактор - нерівномірність розподілу щільності зрошування по поперечному (горизонтальному) перетину апарата. Тому було розроблено метод порівняння варіантів розподілу щільності зрошування та визначення його впливу на ефективність мокрої очистки газів. Основним моментом методу є розділення перетину апарата на кілька областей або регіонів, для яких початкові питомі витрати крапель та швидкість газу задаються на основі принципів збереження сумарної витрати води та однаковості перепадів тиску по областях (регіонах). Проаналізовано чотири варіанти розподілу: ідеально рівномірний, істотно нерівномірний та два розподіли із накладанням зон зрошування сусідніх форсунок одна на одну. Кращий із цих розподілів дозволяє знизити втричі кількість твердих частинок, які викидаються в атмосферу. Розроблений метод можна розглядати як інструмент для пошуку шляхів удосконалення та оптимізації робочого процесу в апаратах для мокрої очистки газів від твердих частинок.

Зазначено, що проблему утилізації теплових вторинних енергоресурсів, що утворюються у газотурбінних установках, які працюють на природному газі, необхідно вважати дуже актуальною з точки зору енергозбереження. Найбільш доцільний шлях її вирішення пов'язаний із технологією термохімічної регенерації, що грунтується на конверсії палива з продуктами згоряння. Розроблено чотири схеми термохімічної регенерації для використання теплоти відпрацьованих газів, та проведено термодинамічні розрахунки їх ефективності. Встановлено, що найвищий к.к.д. можна одержати за використання схеми G4, де у реакторі-теплообміннику реалізується процес конверсії палива та нагрівання повітря, що іде на спалювання, і баласту (певна частина ПЗ), який забезпечує охолодження робочого тіла після камери згоряння до прийнятної температури. Виявлено та пояснено парадоксальну, на перший погляд, залежність к.к.д. різних схем від початкового тиску. Знайдено оптимальні умови роботи схеми G4, за яких її к.к.д. сягає 60 %. Крім істотної економії палива схема дозволяє зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу.

На основі аналізу фізичної картини явищ переносу у трифазовому потоці складено повний перелік величин, які описують поведінку полідисперсної трифазової суміші у порожнистому скрубері. При цьому деякі з цих величин постійні або змінюються у дуже вузькому діапазоні; крім того, не можна міняти довільно характеристики димових газів та золи; висота скрубера, початкові швидкості і питома витрата рідини впливають на ефективність очистки монотонно. Тому, виключивши ці величини, підсумовано, що оптимальні умови роботи скрубера слід шукати у просторі параметрів розподілу крапель за розмірами. Встановлено, що у широкому діапазоні визначальних параметрів оптимальні умови відповідають області, де мода розподілу мінімальна. Для одного з числових експериментів оптимізація дозволяє зменшити викиди частинок в атмосферу у 1,52 раза.

Індекс рубрикатора НБУВ: З370.2-526.2

Рубрики:

Котельні цехи теплових електричних станцій

Шифр НБУВ: Ж70419 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Традиційний спосіб охолодження високотемпературних елементів різноманітних теплових установок, пов'язаний із використанням теплоізоляційних матеріалів, має істотні недоліки, тому що на охолодження витрачається значна частина енергії палива. Принципово відмінний спосіб - це технологія термохімічної регенерації, пристосована до завдання, що розглядається (термохімічний захист). Відома модель такої системи містить серйозні помилки, і тому розроблено більш коректну модель, що базується на розрахунку конверсії палива та теплообміну реагуючої базової суміші зі стінкою. Треба узгодити інтенсивність цих процесів і, таким чином, виконати умови енергетичного балансу. Наведено приклади розрахунків, що відкривають можливість це зробити.