Введение к работе
Работа посвящена теоретическому исследованию основных физических високотемпературних процессов и воспламенения угольных частиц при плазменном инициировании горения.
Актуальность работы. Применение газоразрядной плазмы для воспламенения и стабилизации горения пылевидного угля в энергетических установках показало, что плазма обладает намного большей эффективностью по сравнению с традиционными источниками (мазутом, газом) за счет более высокой температуры и химической активности. Высокотемпературное горение угля происходит в условиях усиления роли таких физических процессов, как рост термомеханических напряжений в частицах, самодиффузии и сублимации углерода.
Научно-исследовательские работы в этом направлении проводятся
в Инстатут~ё7~т^пхофйзйкй СО РАНГ; КазНЙИЭнергетики, Институте"
нефтехимического синтеза РАН и ряде других организаций. В Институте
физики НАН Кыргызской Республики разработан метод непосредственного
плазменного воспламенения пылевидного угля на основе многофазной
высоковольтной дуги.
Для аффективного применения плазмы в этих процессах необходимо изучить основные закономерности и специфические особенности воспламенения и горения индивидуальных угольных и. углеродных частиц и' пылеугольннх потоков в высокотемпературных, в том числе плазменных условиях с учетом сублимации и самодиффузии углерода и других высокотемпературных эффектов .
Работа выполнена в лаборатории физики газового разряда и лаборатории теории плазмы НАН Кыргызсской Республики в соответствии с планом Научного совета АН СССР по проблеме "Низкотемпературная плазма в энергетических установках" на 1986-1990 гг и отраслевой научно-технической программой Минэнерго СССР ОНТП 00.00.01 "Повышение эффективности использования низкосортных топлив на тепловых электростанциях" на 1986-1990 гг.
Цель работы- исследование горения угольных частиц в высокотемпературных условиях, характерных для процессов прямого плазменного воспламенения пылеугольного топлива.
Задачи работы:
1.Моделирование основных высокотемпературных процессов при плазменном инициировании горения угольных частиц.
2.Теоретическое исследование движения, воспламенения и горения угольных частиц в высокотемпературных условиях, реализуемых в плазменных устройствах.
3.Численное исследование движения и воспламенения
гшдеуголыгаго потока висоїсовольгіюй многофазной дугой с учетом детальной кинетики химических реакций. Научная новизна:
1.Построена модель и изучен процесс изменения термо- и баронаиряженай в угольных частицах при высоких температурах окислителя.
2.Построены модели и численно исследовано влияние на воспламенение и горение угольных частиц таких высокотемпературных физических процессов, как самодиффузия и сублимация углерода.
3.Проведено исследование движения и горения угольных частиц в газодинамическом вихре поперечно обдуваемой дуги и в потоке с дискретным плазменным источником.
4.Показана возможность стабилизации цилиндрического столба электрической дуги в облаке излучающих частиц.
5^Изузіеіш_закономернос^гіі_вопламанаішя_ліоліока_^і!ОЛЬних_настиіі
высоковольтной электрической дугой.
Практическая ценность результатов работы:
-
показана роль сублимации и самодиффузии углерода, изменения термомеханических напряжений в процессе высокотемпературного горения угольных частиц при варьировании основных параметре! процесса (размера частиц, температуры газа и др.);
-
показана возможность сильного влияния характера течения плазмь (в частности, вихревого) на траектории движения горящих угольны? частиц;
-
продемонстрирована возможность реализации цилиндрического столбг дуги во взвеси излучающих частиц;
4. изучено влияние основных параметров на процесс воспламененш
пылеуголыю-воздушного потока высоковольтной дугой.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Математические модели и результаты исследования изменение термомеханических напряжений в угольной частице, влиянш самодиффузии и сублимации углерода на процессы ее горения.
2.Математические модели и результаты анализа движения і горения угольных частиц в высокотемпературных условиях, характерные для высоковольтной многофазной дуги.
3. Эффект стабилизации цилиндрической дуги в облаке излучающи; частиц.
4.Результаты численного анализа воспламенения пылеугольноп потока высоковольтной дугой с учетом детального описания кинетию химических реакций.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Новосибирск, 1991 г.), Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимиии (Рига, 1991 г.)
Пу бликации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 статьи и 3 тезиса докладов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 163 наименований. Объем работы составляет 157 страниц, включая 102 страниц машинописного текста, 55 рисунков, 5 таблиц.