Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ
1.1. Классификация пылеуловителей и методы оценки их основных
технических показателей 11
-
Современный уровень и перспективы развития инерционных пылеуловителей 17
-
Вихревые пылеуловители со встречными закрученными потоками и их сравнительные характеристики 24
-
Современные воздухоочистительные устройства теплоэнергетических установок 29
-
Постановка задачи исследования 32
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОЧИСТКИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ
-
Физическая модель и математическое описание процесса сепарации тонкодисперсных примесей в газовых потоках ... 34
-
Расчет аэродинамики вихревых пылеуловителей на основе математической модели турбулентного закрученного потока 45
-
Метод энергетической оценки процесса сепарации твердых
частиц в вихревом пылеуловителе типа ВЗП 50
2.4. Алгоритм и программа расчета эффективности аппарата ВЗП
при регулировании кратности расхода 60
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА НА ИЗНОС
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
-
-
Методы и установки для проведения экспериментальных исследований 63
-
Исследования износа турбокомпрессора при обдуве запыленным воздухом неподвижных лопаток 71
-
Исследования износа турбокомпрессора при работе осевого компрессора на запыленном воздухе 77
-
Исследования износа турбокомпрессора при работе центробежного компрессора на запыленном воздухе 85
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СОВМЕСТНОЙ
РАБОТЫ ВИХРЕВОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ И
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
-
-
-
Особенности теплоэнергетической установки газотурбинного типа и основные требования, предъявляемые при ее работе к пылеочистке 92
-
Уравнения рабочего процесса основных узлов теплоэнергетической установки в малых отклонениях 94
-
Математическая модель энергетической оценки вихревого пылеуловителя при совместной работе с теплоэнергетической установкой 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПЕРЕЧЕНЬ
УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ а -скорость звука, м/с; В - атмосферное давление, мм рт.ст;
с - удельная теплоемкость, кДж/(кг-К); абсолютная скорость, м/с; ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кг-К); /- площадь, м2;
Н- высота сепарационной зоны, м; к - удельная энтальпия, кДж/кг;
к — показатель адиабаты; постоянная Больцмана; кратность расхода; к* - кратность расхода при минимальном гидравлическом сопротивлении
пылеуловителя; кт— кинетическая энергия турбулентности; / - удельная работа, кДж/кг;
1о - теоретическое необходимое относительное количество воздуха;
т — масса, кг;
N - мощность, кВт;
п - политропный показатель;
р - давление, Па;
д - удельная теплота, кДж/кг;
()рн - низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг;
Яг - удельная газовая постоянная, кДж/(кг-К); Я - радиус пылеуловителя, м; г - радиальная координата, м; 5 - удельная энтропия, кДж/кг;
Т— термодинамическая температура (абсолютная температура), К; ґ - температура по шкале Цельсия, С; и - удельная внутренняя энергия, кДж/кг;
V- скорость газа, м/с; объем, м ; Q - объемный расход, м /с; V - удельный объем, м3/кг;
г - запыленность воздуха, г/м ; осевая координата, м; Т] — коэффициент полезного действия;
коэффициент гидравлического сопротивления; 71- отношение давлений (приведенное давление);
5 - размер частиц, мкм; толщина пограничного слоя, м; относительная
величина; р— плотность, кг/м3; а- коэффициент потерь давления;
V- кинематическая вязкость газа, м /с; г - приведенная температура. у/- функция тока, мЗ/с;
ГТУ - газотурбинная установка;
ВОУ - воздухоочистительное устройство;
ВЗП - вихревой пылеуловитель со встречными закрученными потоками; ВНА - вращающийся направляющий аппарат;
Введение к работе
Актуальность. В связи с большими объемами очищаемых газов в промышленности и удорожанием энергоносителей вопросы экономики очистки газов становятся в настоящее время более актуальными, чем прежде.
Широкое внедрение газотурбинных установок (ГТУ) в качестве надстройки котельных установок промышленных предприятий для производства тепловой и электрической энергии ставит вопрос о повышении эффективности пылеулавливания и снижения энергетических затрат на очистку воздуха подаваемого в компрессор, с которым поступает большое количество пыли, что приводит к износу деталей и связанному с ним ухудшению его характеристики.
Основным способом борьбы с вредным влиянием пыли в настоящее время является установка воздухоочистительных устройств (ВОУ) на входе в ГТУ, представляющих собой двухступенчатую систему очистки, состоящую из блока мультициклонов и фильтра тонкой очистки. Фильтрация воздуха значительно увеличивает объем, габариты и вес энергетической установки. Создается дополнительное сопротивление на входе, приводящее к снижению мощности ГТУ и ухудшению ее экономичности. Поэтому фильтрация воздуха на входе может быть экономически оправдана только при умеренной степени очистки, что является недостаточным по технологическим условиям.
Среди известных принципов очистки пыли принцип центробежной очистки вихревыми закрученными потоками является самым эффективным и совершенным по конструкции.
Цель исследования - разработать метод оценки энергетических затрат на очистку воздуха при работе вихревых многофункциональных аппаратов в системе теплоэнергетической установки газотурбинного типа и их оптимизации при создании управляемого процесса очистки воздуха от пыли на основе применения математических моделей расходных характеристик аппаратов типа ВЗП и метода малых отклонений при расчете параметров процесса работы теплоэнергетических установок. Основными задачами исследования являются:
Теоретическое обоснование применения для очистки воздуха от пыли вихревых аппаратов со встречными закрученными потоками (ВЗП) в теплоэнергетических установках.
Исследование гидродинамики вихревых многофункциональных аппаратов со встречными закрученными потоками для оценки эффективности очистки газа.
Разработка математической модели вихревых многофункциональных аппаратов со встречными закрученными потоками для расчета гидравлических потерь в зависимости от характеристики пыли и параметров пылеочистки.
Разработка математической модели для оценки энергетических затрат и их оптимизации при совместной работе аппарата ВЗП и компрессора при очистке воздуха в теплоэнергетических установках.
Разработка рекомендаций по применению воздухоочистительных устройств в промышленности на основе аппаратов ВЗП по созданию управляемого процесса пылеочистки.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана математическая модель теплоэнергетической установки для оценки влияния гидравлических потерь на входе на параметры процесса и характеристики установки.
Разработана математическая модель вихревого аппарата ВЗП для оценки гидравлических потерь в зависимости от характеристики пыли и параметров процесса пылеочистки.
Разработана математическая модель на основе метода малых отклонений для оценки энергетических затрат и их оптимизации при применении аппаратов ВЗП для очистки воздуха на входе теплоэнергетической установки газотурбинного типа.
Выполнены исследования по созданию управляемого процесса сепарации пыли в аппаратах ВЗП при применении; их в теплоэнергетических установках.
Практическая ценность и реализация результатов работы Результаты работы позволяют обосновать выбор ВОУ на основе пылеуловителей типа ВЗП для теплоэнергетической установки газотурбинного типа и дать рекомендации по снижению энергетических затрат на очистку воздуха от пыли при создании управляемого процесса с целью увеличения ресурса ее работы, а также снизить металлоемкость воздухоочистительного устройства и площадь производственных помещений. Предложенные методы математического моделирования позволяют дать технико-экономическую оценку энергетических затрат совместной работы ГТУ и ВЗП. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе вузов, в курсе лекций по дисциплине «Ресурсосбережение», а также в курсовом и дипломном проектировании.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на фундаментальных положениях термо- и газодинамики, теории газотурбинных установок, теории вихревых аппаратов со встречными закрученными потоками, использовании современных методов математического моделирования и подтверждается хорошим соответствием расчетных данных с экспериментальными результатами.
Апробация работы. Основные результаты работы и положения докладывались на: XVI Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» «МКХТ-2002» (Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева) в 2002 году;
Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ - 2002) (Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина) в 2002 году; XVII Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» «МКХТ-2003» (Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева) в 2003 году;
Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ - 2003) (Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина) в 2003 году;
11-ом Международном совещании по использованию энергоаккумулирующих веществ в экологии, машиностроении, энергетике, на транспорте и в космосе (Москва, ИМАШ РАН) в 2000 году;
Ш-ем Международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте (Москва, ИМАШ РАН) в 2002 году;
ГУ-ой научно-технической конференции по применению криогенных топлив (Москва, ВАТУ им. Н.Е. Жуковского) в 2002 году.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ в научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 72 наименования. Диссертация включает 126 страниц текста, 36 рисунков и 12 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе рассмотрены основные аспекты современного состояния рассматриваемого вопроса и сформулированы основные задачи исследования. Показано, что наиболее перспективным является применение пылеуловителей со встречными закрученными потоками, которые позволяют создать управляемый процесс очистки газов от дисперсных примесей и снизить энергетические затраты на его осуществление.
Во второй главе рассмотрены методы математического моделирования процесса сепарации твердых частиц в ВЗП. Предложен метод энергетической оценки процесса сепарации пыли в ВЗП на основе потерь давления, которые являются одной из важнейших его характеристик.
В третьей главе приведены экспериментальные результаты по исследованию влияния запыленности воздуха на износ узлов энергетической установки. Показано, что запыленность воздуха приводит не только к снижению надежности, но и к изменению характеристики узла энергетической установки.
В четвертой главе приведено описание математической модели совместной работы аппарата ВЗП и теплоэнергетической установки газотурбинного типа. Применение математической модели позволило дать оценку влияния дисперсности пыли на энергетические показатели энергетической установки и выбрать оптимальные параметры ВЗП.
Похожие диссертации на Метод энергетической оценки эффективности применения вихревых пылеуловителей в теплоэнергетических установках
-
-
-
