Энергосберегающие технологии при сжигании газа в горелках с предварительным смешением

Выводы

На основании предложенного сравнительного метода оценки температур нагрева гелиоколлектора от солнечной и электрической энергий получены осциллограммы температур нагрева гелиоколлектора от известной электрической мощности и расхода теплоносителя, что позволяет определить мощность и энергию гелиоколлектора, а также его КПД с учетом теплопотерь через корпус гелиоколлектора.

Предложенный метод может быть распространен не только для оценки тепловой эффективности воздушных, но и для жидкостных гелиоколлекторов.

Список литературы

1. Мхитарян Н. М. Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников / Н. М. Мхитарян. - К.: Наукова думка, 1999. - 319 с.

2. Даффи У. Дж. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии / У. Дж. Даффи, У. А. Бекман; пер. с англ. под ред. Ю.Н. Малевского. - М.: Мир, 1977. - 413 с.

3. Думанский А.И. Использование нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве / А. И. Думанский, В. Д. Касьяненко, В. М. Головко. - К.: УкрНИИНТИ, 1987. - 36 с.

4. Бекман У. Расчет системы солнечного теплоснабжения / У. Бекман, С. Клайн, Дж. Даффи; пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 1982. - 76 с.

5. Ion I. V. Design, developing and testing of a solar air collector / I. V. Ion, J. G. Martins // The Annals Of "Dunarea De Jos" University Of Galati, Fascicle IV Refrigerating Technique, Internal Combustion Engines,Boilers And Turbines. - 2006. - P.

6. Yeh H. Collector Efficiency in Downward-Type Double-Pass Solar Air Heaters with Attached Fins and Operated by External Recycle / H. Yeh, C. Ho // Energies. - 2012. - V. 5. - P. 2692 - 2707.

7. Abhishek S. Design and performance of a solar air heater with long term heat storage / S. Abhishek, A. Nitin, S. Ghansyham // International Journal of Heat and Mass Transfer. -2013. - V. 60. - P. 8 - 16.

8. Chabane F. Design, developing and testing of a solar air collector experimental and review the system with longitudinal fins / F. Chabane, N. Moummi, S. Benramache // International Journal of Environmental Engineering Research. - 2013. - V. 2. - Issue 1. - P 18 - 26.

УДК 662.612-428.4

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА В ГОРЕЛКАХ

С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СМЕШЕНИЕМ

Богатикова Н.В., Зайцев О.Н.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

В статье приведены результаты исследования процесса прецессии вихревого ядра в закрученном потоке при наличии зоны обратных токов, получены теоретические зависимости скорости движения прецессирующего вихревого ядра, позволившие выявить область устойчивого положения вихревого ядра - равновесия центробежных и центростремительных сил в закрученном потоке при наличии зоны обратных токов. Выполнена визуализация процесса сжигания газа в инжекционных горелках при различной степени крутки потока. Сжигание газа, закрученные потоки, вихревое ядро.

Введение

За последние годы для Украины вопросы повышения эффективности энергоиспользования, реализация политики энергосбережения, создания и совершенствования энергорынка, повышение эффективности функционирования энергетики стали наиболее приоритетными и непосредственно связаны с энергобезопасностью страны.

Эффективность функционирования энергетики и, как следствие, эффективность энергоиспользования зависят от многих технических факторов, среди которых основными являются следующие:

— структура и качественный состав генерирующих мощностей;

— сбалансированность спроса и предложения мощности и энергии в любое время;

— качество топлива;

— состояние инженерных сетей и др.;

— общегосударственных организационно-правовых вопросов (принадлежности основных фондов государству или другим формам собственности и их соотношения, корректности правил игры на фондовом энергетическом рынке, выбранных правил функционирования энергорынка и взаимоотношений между его участниками, от эффективности реализации политики энергосбережения).

Анализ публикаций

В настоящее время происходит новый этап развития систем микроклимата, заключающийся в повсеместном использовании систем, пришедших из-за рубежа. Применение зарубежного опыта предполагает ревизию и переоценку традиционных взглядов на основные показатели систем теплоснабжения, такие как санитарно-гигиенические, экономические, экологические, эстетические.

Рассматривая применяемые в настоящее время теплогенерирующие установки [1, 4] необходимо отметить, что основные производители предлагают котлы, работающие преимущественно на газообразном топливе, а для экономии и рационального использования последнего предлагается ряд мероприятий, по сути, стандартных для любой из фирм - модульные котлы, многорежимная работа горелок, конденсатные котлы [4]. Решение данного вопроса возможно при ориентации отопительного комплекса на использование вторичных и возобновляемых источников энергии. Так работы по использованию органических отходов коммунального хозяйства и возобновляемых источников топлива находятся практически в стадии возрождения, после периода «забвения» с 1945 года, когда в период Великой отечественной войны велись разработки по отоплению помещений за счет близких, не требующих доставки и разработки топлив.

Однако, при использовании разных видов топлива, в том числе и при газификации твердого топлива, изменяется количество требуемого для сжигания воздуха, что, соответственно, изменяет параметры факела горения и аэродинамику топки, то есть уменьшает КПД котла.

Цель и постановка задачи исследований

Целью настоящей работы является повышение эффективности работы котла при сжигании различных видов газового топлива.

Одним из способов достижения поставленной цели является использование аэродинамических особенностей закрученных потоков в топочном пространстве.

Методика исследования

В теплоэнергетике область использования закрученных потоков охватывает значительную область, связанную с процессами выработки, транспортировки, передачи и использования тепловой энергии. При этом использование аэродинамики закрученных потоков позволяет интенсифицировать процессы тепло- и массообмена и оптимизировать конструктивные параметры оборудования.

Однако, неустойчивость процессов, происходящих вследствие возникновения прецессии вихревого ядра, при степени крутки потока £ более 0,6 не дают возможности использовать в полной мере аэродинамические свойства закрученных потоков.

Существующие в настоящее время модели прецессии вихревого ядра в закрученном потоке не учитывают его изменения и предполагают неизменность геометрической формы вихревого ядра в любом поперечном сечении закрученного потока [1].

Модель прецессии вихревого ядра разрабатывалась в предположении, что вихревое ядро находится под воздействием основного вращающегося потока, распределение скоростей в котором соответствует динамическому вращению. Вращение же вихревого ядра описывалось как статическое вращение.

Кроме того, полагая, что на вихревое ядро действует сила динамического давления, а в самом ядре давление определяется как [2]:

Р = р

где р — плотность, кг/м3;

и — угловая скорость, 1/с;

г — радиус вращения вихревого ядра вокруг оси закрученного потока, м.

На основании уравнений Навье -Стокса и неразрывности потока были получены уравнения для расчета скорости движения вихревого ядра в плоскости, перпендикулярной поступательному движению закрученного потока [3].

Результаты и их анализ

Результаты расчетов представлены на рис.1, где показано изменение скорости вихревого ядра в зависимости от удаления его от оси закрученного (основного) потока. Анализ полученного графика показал, что минимальная скорость движения вихревого ядра соответствует области основного потока между зоной обратных токов и внешней его границей (ось координат расположена в центре закрученного потока), что объясняется превалирующим воздействием центробежных сил на границе обратных токов, а на внешней границе — динамическим давлением основного потока на вихревое ядро. Кроме того, минимальная скорость движения вихревого ядра соответствует минимальному воздействию основного потока, то есть данная область является наиболее устойчивой. Таким образом, вихревое ядро располагается непосредственно вблизи зоны обратных токов и имеет максимум аксиальной скорости, а по мере движения вихревого ядра происходит уменьшение аксиальной и увеличение тангенциальной составляющих скорости, при этом само ядро увеличивается в размерах, что, при проведении аналогии с образованием вихрей при обтекании потоком газа твердых тел, позволяет предположить в дальнейшем его дробление на несколько вихревых ядер.

Рассмотрение профиля радиальной скорости (рис.2) показало, что скорость практически постоянна в области основного потока, возрастание ее при удалении от оси, что вызвано увеличением радиуса вращения вихревого ядра и соответственно, увеличением угловой скорости вращения.

Для качественного подтверждения полученных результатов выполнена фотосъемка процесса горения газа в закрученном потоке (рис.3).

Рассмотрение пламени, образованного при крутке сжигаемого газа внешним потоком воздуха в одиночной струе (рис.3) показало, что в данном случае также имеется прецессирующее вихревое ядро, которое располагается между областью обратных токов и внешней границей струи и вследствие разности скоростей на различных участках ядра размывается и имеет собственное вращение.

1?

ухма; 11

1С

е

7

е

5 4

4 N

N ч

У.гл_

О 0,1 О.г 0.5 04 0.5 Сиб 9.7 ОЦ0 0.9 1

Рис.1. Изменение аксиальной скорости движения вихревого ядра.

\/у, м/с

20

15 10 5

О

У, И'

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Рис.2. Изменение радиальной скорости движения вихревого ядра.

а) б)

Рис.3. Сжигание газа с круткой факела внешним потоком вторичного воздуха при различных степенях крутки: а - при 8=0,8, б - при 8=0,3.

Выводы

Таким образом, в результате теоретических исследований получены зависимости скорости движения прецессирующего вихревого ядра, позволившие определить область устойчивого положения вихревого ядра — равновесия центробежных и центростремительных сил в закрученном потоке при наличии зоны обратных токов. При этом выявлено, что вихревое ядро располагается непосредственно вблизи зоны обратных токов и имеет максимум аксиальной скорости, а по мере движения вихревого ядра происходит уменьшение аксиальной и увеличение тангенциальной составляющих

скорости, при этом само ядро увеличивается в размерах, что, при проведении аналогии с образованием вихрей при обтекании потоком газа твердых тел, позволяет предположить в дальнейшем его дробление на несколько вихревых ядер.

Список литературы

1. Кныш Ю.А., Урывский А.Ф. Модель прецессии вихревого ядра закрученной струи./Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1984, №3, -С.41—44.

2. Гупта А.,Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки: Пер. с англ. — М.: Мир, 1987, -388 с.

3. Зайцев О.Н. Управление аэродинамической обстановкой в рабочем объеме теплогенерирующих установок.// Вюник ОДАБА №7, 2002, - С. 60—64.

4. В. Котлер. Газовые горелки для отопительных котлов: современные решения.//Аква-терм- К.: 02.2005, -С. 10-13.

УДК 696.2

использование высокого давления в полиэтиленовом

ГАЗОПРОВОДЕ НАСЕЛЁНОГО ПУНКТА В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ Боровский Б.И., Зорин А.М.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

Установлено, что стоимость сельского полиэтиленового газопровода высокого давления меньше стального газопровода высокого давления на 44,3%. Это объясняется меньшей ценой полиэтиленовых труб и пониженной стоимостью их монтажа. При этом полиэтиленовому газопроводу соответствует меньший срок строительства на 24,1%, меньшая трудоёмкость строительно-монтажных работ на 33,2%, ниже срок окупаемости затрат на 44,1% и больший срок эксплуатации в 2,5 раза (50 и 20 лет). Полиэтиленовый газопровод высокого давления имеет преимущества по стоимости в 69,3 и 10% по сравнению с полиэтиленовыми газопроводами при распределительных газовых системах низкого и среднего давления, что вызвано меньшими диаметрами труб и, следовательно, меньшей материалоёмкостью.

сельский газопровод, высокое, среднее и низкое давление газа, стальные и полиэтиленовые трубы

Введение

ДБН В.2.5-20-2001«Газоснабжение» [1] требует: «При проектировании систем газоснабжения следует предусматривать технические решения, обеспечивающие рациональное использование газового топлива, материалов и оборудования». В связи с этим представляет интерес вопрос, каким проектировать сельский газопровод, с низким, средним или высоким давлением, какие целесообразно применять трубы, стальные или полиэтиленовые. ДБН определил, что «Полиэтиленовые газопроводы следует предусматривать на территории посёлков и сёл и на межпоселковых газопроводах -давление до 0,6 МПа» (высокое давление II категории).

Анализ публикаций

В работе [2] для жилого массива рекомендуется проектировать распределительный газопровод низкого давления. В [3] отмечается возможность проектирования распределительных газопроводов как низкого, так и среднего давления. Однако рекомендации по выбору давления газа отсутствуют. Поэтому следует ориентироваться на ДБН [1], который установил, что газопроводы определяются по давлению на основании технико-экономических расчётов. Полиэтиленовым трубам соответствует меньшая цена,