31 Окт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ГОРЕНИЯ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Проблемы утилизации отходов от деревообработки и эффективное использование энергии от сжигания древесного топлива – одни из ведущих проблем стран, которые используют лесные насаждения в качестве топлива. При более тщательном изучении этих вопросов, при проведении экспериментов выявлено, что оптимальным вариантом по использованию отходов являются топливные брикеты.

В ходе данного исследования требуется провести анализ процесса сжигания топливных брикетов, направленный на оптимизацию использования такого вида топлива.

На первом этапе экспериментальных исследования технологического процесса сжигания брикетов в топочном устройстве необходимо получить данные, свидетельствующие об оптимальном режиме сжигания брикетов. Основной мерой оптимальности режима сжигания твердого кускового топлива является полнота его сгорания, достижение максимальных показателей которой способствует повышению коэффициента полезного действия топочного устройства. Наряду с полнотой сгорания, необходимо обеспечить пределы температурного режима уходящих газов с целью продления срока службы котлов с переводом на новое топливо и недопущения появления дефектов, вызванных превышением допустимых пределов температуры сжигания.

Для повышения эффективности работы котельных на топливных брикетах требуется изучить режимы горения, температуру уходящих газов, конструктивные особенности котлов малой мощности и другие калорические параметры. Исследования в этом направлении заключаются в выделении основных факторов и последующем детальном их рассмотрении. После чего на основе полученных данных производится общий анализ рассматриваемой физической системы. Основными целями дальнейшего исследования являются выяснение механизма разложения твердого топлива на химически реагирующие компоненты, детальной структуры пламени в газовой фазе, нахождение условия устойчивости пламени, возможность возникновения взрывного вида горения [1, с. 161].

Исследование экологической безопасности используемых технологий заключается в обеспечении полноты химического превращения и в минимизации воздействия на окружающую среду образующихся продуктов горения.

Так же требуется изучить воздействие температур и продуктов сгорания на поверхности котлов с целью определения износостойкости оборудования.

Следует отметить, что для всех этапов экспериментально исследования, для обеспечения точности получаемых измерительных данных, необходимо обеспечивать стационарный режим горения.

На втором этапе осуществляется экспериментальная проверка рецептур и составов приготовления топливных брикетов, призванная подтвердить или внести соответствующие корректировки в разработанную на предыдущем этапе исследования расчетную модель для поиска оптимального состава брикета. Здесь необходимо произвести опытное сжигание топливных брикетов, изготовленных по различным рецептурам, с целью измерения параметров технологического процесса и получения экспериментальных данных по их энергетическим характеристикам.

На третьем этапе исследования необходимо произвести экспериментальную оценку влияния влажности топливных брикетов на энергетические показатели технологического процесса сжигания (рис. 1)  [2, с. 159].

Рисунок 1. Влияние температуры прессования на плотность брикетов

По мнению ряда исследователей, единственным параметром температурной оптимизации горения топливных брикетов является их объемная влажность, которая может быть близкой к 20- 25 %.

Целью данного этапа натурного эксперимента является сравнение температуры горения топливных брикетов с различными показателями влажности.

Выполняемые экспериментальные исследования должны обеспечить устойчивую работу котлов на всех статических режимах со следующими характеристиками:

— КПД 70- 75%;

— потери с уходящими газами 10- 14%;

— потери от механической неполноты сгорания 5- 10%;

— максимальная теплопроизводительность 1,3 — 1,4 МВт;

— зольность 10- 15 мг/куб. м.

В ходе эксперимента должны быть дополнительно отработаны вопросы, связанные с пусконаладкой оборудования, обеспечивающего процессы горения топлива, аэродинамические топочные процессы, процессы подачи топлива и воздуха в котел и удаления золы из топки. По результатам экспериментальной пусконаладки необходимо обеспечить составление режимных карт. В ходе экспериментальных работ также должны быть исследованы переходные процессы котлов, а также динамические характеристики при пусковых и переходных режимах.

Эксперимент предполагается произвести на действующей котельной малой мощности (0,3 МВт/ч) на протяжении 4- 5 часов. С периодичностью 20- 30 минут в топку необходимо добавлять топливные брикеты, имеющие разную влажность (8- 25%) с фиксацией измеренных показателей температуры внутри топочного пространства и уходящих дымовых газов.

Перед началом эксперимента топливные брикеты необходимо разделить на три группы по влажности:

  1. С влажностью 17- 25%;
  2. С влажностью 9- 16%;
  3. С влажностью до 8%.

Предполагается получить экспериментальные данные об изменении температуры в топочном устройстве в зависимости от влажности используемого топлива, при этом предварительно полагаем, что такие изменения будут иметь незначительный характер. Также следует произвести измерение времени горения в зависимости от влажности топлива.

Установлено, что горение влажных брикетов должно происходить равномерно без резких скачков температур в топочной камере, что в свою очередь не оказывает вредоносного воздействия на котел. Подача топлива в топку осуществляется по такой же технологии, что и загрузка каменного угля [3, с. 139].

Обработка результатов экспериментальных исследований предполагает два этапа- на первом производится первичный анализ полученных результатов измерений с целью проведения их оценок с позиций математической статистики, таких как среднее квадратическое отклонение показателей или их дисперсия в рамках проведения нескольких повторений одного эксперимента, что позволяет произвести оценку разброса показателей соответствующим образом определить возможные погрешности и минимизировать количество повторений эксперимента.

На втором этапе производится непосредственно обработка экспериментальных данных с целью вычисления экспериментальных значений для показателей, характеризующих исследуемые технологические процессы.

Как было рассмотрено выше, технологический процесс горения является достаточно сложным и многофакторным, поэтому его оптимизация может быть выполнена только после подробного анализа всех измеренных показателей. Ввиду сложности математических зависимостей и громоздкости обработки результатов измерений было принято решение производить обработку экспериментальных данных в программном комплексе MathCAD. Это также позволит по результатам исследований внести соответствующие коррективы в синтезированную ранее в той же программе расчетную модель для поиска оптимального состава брикета.

Обработка результатов измерений производится в табличной форме с использованием встроенных функций выбранного программного комплекса. Анализ результатов измерений выполняется на следующем этапе исследования, после чего производится формулировка рекомендаций для оптимизации параметров и возможных повторных экспериментальных исследований после внесения соответствующих корректив в методику планирования, подготовки или проведения натурного эксперимента.

В ходе исследования были выявлены оптимальные условия и режимы для сжигания топливных брикетов, свидетельством которых являются полнота сгорания топлива и соответствующее повышение коэффициента полезного действия топки. Выявление температурного графика уходящих газов также являлось неотъемлемой часть исследования, соблюдение которого позволяет увеличить срок эксплуатации топки и сопутствующего оборудования.

Список литературы:

  1. Царев А.С. Оптимизация топливных брикетов. // Молодые исследователи – регионам: материалы всероссийской научной конференции. Сборник статей магистрантов. – Вологда, 2011 – Выпуск 2. — с. 161-162.
  2. Царев А.С., Синицын А.А. Разработка оптимального способа изготовления топливного брикета из древесных отходов. // Материалы IV ежегодных смотров – сессий аспирантов и молодых ученых по отраслям наук: Технические науки. Экономические науки. – Вологда: ВоГТУ, 2010 – с.158-163.
  3. Петренчик В.А, Царев А.С, Узков В.В. Проблемы использования топливных брикетов в коммунальной теплоэнергетике малых населенных пунктов. // Известия высших учебных заведений – «Лесной журнал». №3. – Архангельск, 2014. – с. 139-144.
    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ГОРЕНИЯ
    Статья посвящена вопросам эффективного использования древесных отходов в теплоэнергетике на примере топливных брикетов. Проведен анализ процессов сжигания данного вида продукции с целью оптимизации использования брикетов. Подобраны оптимальные характеристики топочных устройств и дополнительного оборудования.
    Written by: Царев Александр Сергеевич, Щепелина Юлия Владимировна, Усков В. В.
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 01/25/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)
    Available in: Ebook