WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 12 ] --

В некоторых случаях определяющими процесс горения могут оказаться второстепенные подготовительные стадии. Так, например, при сжигании высоко влажного топлива определяющей может быть стадия подсушки. В этом случае рациональным является усиление предварительной подготовки топлива к сжиганию. Процесс горения пылевидных топлив совершается в объеме топочной камеры в потоках больших масс топлива и воздуха, к которым подмешиваются продукты сгорания [7,81-83].

Основой горения водо-пылевидных топлив является химическое реагирование горючих составляющих топлива с кислородом воздуха. Однако, химические реакции горения в топочной камере протекают в мощных пылегазовоздушных потоках за чрезвычайно короткое время (1—2 с) пребывания топлива и окислителя в топочной камере. Эти реакции совершаются в условиях сильного взаимного влияния с одновременно протекающими физическими процессами [86,87,89,90,224,222]. Такими процессами являются:

процесс движения подаваемых в топочную камеру составляющих горючую смесь газовых и твердых диспергированных веществ в системе струй, переходящих в поток и распространяющихся в ограниченном пространстве топочной камеры с развитием вихревых течений, в совокупности составляющих сложную структуру аэродинамики топки;

турбулентная и молекулярная диффузия и конвективный перенос исходных веществ и продуктов реакции в газовом потоке, а также перенос газовых реагентов к диспергированным частицам;

теплообмен в газовых потоках продуктов сгорания и исходной смеси и между газовыми потоками и содержащимися в них частицами топлива, а также передача тепла, выделяющегося при химическом превращении в реагирующей среде;

радиационный теплообмен частиц с газовой средой и пылегазовоздушной смеси с экранными поверхностями в топочной камере;

нагрев частиц, возгонка летучих, перенос и горение их в газовом объеме и Таким образом, горение композитного топлива является сложным физикохимическим процессом, состоящим из химических реакций и физических процессов, протекающих в условиях взаимной связи и взаимного влияния.

Выводы к главе 1. Уточнены на базе теоретических моделей требования к основным параметрам композитного топлива, главным образом к его гранулометрическому составу.

2. Экспериментально показано, что существующее промышленное оборудование не позволяет получать композитное топливо заданного гранулометрического состава в непрерывном потоке жидкой среды. Причиной этого явления является неподходящая конфигурация рабочей зоны воздействия на среду в этих аппаратах.

3. Сформулированы требования к параметрам композитного топлива, получаемого в промышленных аппаратах.

Глава 3. Разработка и исследование опытно – промышленной установки (ОПУ) для приготовления жидких композитных топлив 3.1. Общие конструктивные особенности опытно-промышленной установки Опытно-промышленная установка (далее ОПУ) разработана автором (патент РФ №109009) с целью повышения энергетической и экологической эффективности применения низкосортных нефтепродуктов и использования отходов сельхозпроизводства в качестве топливно-энергетического ресурса.

Оборудование реализует новый принцип приготовления смесевых биотоплив, основанный на модели двухстадийной обработки многокомпонентных сред.

ОПУ позволяет готовить композитные ультрадисперсные минеральноорганические биотоплива методами гидродинамической и импульсной волновой обработки в многофазных неоднородных и неравновесных системах. МОБТ может быть использовано на предприятиях энергетического комплекса, в частности на производственных отопительных и коммунальных котельных, работающих на мазутах, для повышения их экологических и экономических характеристик. Экологический эффект достигается, прежде всего, благодаря каталитическим свойствам воды, которая в том или ином количестве присутствует в органических компонентах композитного биотоплива в виде микроскопических капель размеров и при сжигании обеспечивает высокую интенсивность теплообменных и окислительных процессов.

3.1.1. Принцип работы ОПУ В ОПУ в полной мере реализованы технологические преимущества комбинированного воздействия гидродинамической и гидроакустической обработки. Как известно, качество композитного биоминерального топлива, в частности, эмульсий на водомазутной основе определяется степенью дисперсности и равномерностью распределения глобул в дисперсионной среде (мазуте). С повышением дисперсности и равномерности улучшается стабильность эмульсии и, следовательно, – эффективность и надежность работы горелочных устройств. Так, качественное композитное биотопливо на основе мазута марки 100 должно сохранять свои свойства (прежде всего, вязкость) в течение 48 часов при температуре хранения 45 °С. Для обеспечения высокой степени дисперсности обрабатываемой многокомпонентной среде локальных гидродинамических и гидроакустических полей высокой плотности при двухэтапной обработке. [2,8Состав ОПУ В базовую комплектацию ОПУ установки входят модуль предварительной подготовки компонентов композитного биотоплива (гидродинамический) и модуль окончательной обработки (ультразвуковой) (риc. 15).

В состав модуля предварительной подготовки компонентов композитного биотоплива входят:

– роторно-пульсационный аппарат (РПА);

– насосные агрегаты – 2 шт.;

– рабочие емкости – 2 шт.;

– запорная арматура;

– контрольно-измерительное оборудование.

представляющего собой гидродинамический диспергатор, осуществляется первая используется РПА на основе многопластинчатого гидродинамического излучателя, состоящего из погруженных в жидкость прямоугольных щелевых сопел и пластин-препятствий, направленных в сторону струи [184]. При столкновении сформированной струи неоднородной текучей среды со свободным концом пластины-препятствия в каждой ее точке локально формируются параметрические резонансные колебания давления, воздействующие на различные компоненты среды. При работе излучателя наряду с генерацией звуковых волн наблюдаются и низкочастотные кавитационные явления, область которых распространяется на всю зону обработки [185,186,188].



Рисунок 15 - Фотография опытно-промышленной установки (ОПУ) приготовления композитных биотоплив Рисунок 16 - Схема компоновки опытно-промышленной установки (ОПУ) Модуль окончательной обработки включает в себя:

– насосные агрегаты;

– ультразвуковой проточный реактор;

– роторно-пульсационный аппарат (РПА);

– запорная арматура;

– рабочие емкости;

– электрошкаф;

– генератор;

– контрольно-измерительное оборудование.

В модуле окончательной обработки происходит тонкодисперсная гомогенизация суспензии при использовании УЗ кавитационного воздействия.

Известно, что кавитационная обработка в УЗ поле является эффективным средством физико-химического воздействия на органические материалы и за счет локализации энергии в малых объемах, что способствует протеканию химических реакций, имеющих достаточно высокий активационный барьер [168,187,189].

Можно выделить несколько параметров, обеспечивающих эффективное воздействие ультразвукового поля на органические материалы растительного происхождения: увеличение скорости обтекания и пропитки твердых частиц жидкостью, возрастание коэффициента внутренней диффузии в макрочастицах и наличие кавитационного эффекта, влияющего на структуру твердых частиц и приводящего к появлению микротрещин. Под действием ультразвуковых колебаний происходит более быстрое и активное разрушение внутриклеточных тканей растительного сырья, что приводит к интенсификации процесса гомогенизации. В ОПУ обеспечено получение однородной тонкодисперсной (3…10 мкм) топливной суспензии.

3.2. Конструкционные особенности первой гидродинамической системы ОПУ Устройство роторно-пульсационного (гидродинамического) аппарата (РПА) На первой стадии происходит предварительное смешиваниеэмульгирование (приготовления грубой суспензии) в РПА, на второй – реакторе в присутствии сжатого воздуха (приготовления гомогенной суспензии).

Рисунок 17 - Рабочий орган РПА модифициованный узел подачи сжатого воздуха [167] Принцип работы аппарата РПА заключается в следующем [35,36].

Обрабатываемая многокомпонентная жидкость подается под давлением или самотеком через входной патрубок в полость ротора, проходит через каналы ротора, каналы статора, рабочую камеру и выходит из аппарата через выходной патрубок.

При вращении ротора, его каналы периодически совмещаются с каналами статора Выходя из каналов статора, жидкость собирается в рабочей камере и выводится через выходной патрубок. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и, в результате этого, в канал статора распространяется импульс давления. При распространении в канале статора импульса избыточного давления, вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного давления («обратная волна»), вызванный тем, что совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из радиального зазора между ротором и статором [158,190].

Рисунок 19 - Обтекание лопасти (а, б) (по материалам CAE-Service) Порция жидкости, вошедшая в канал статора, стремится к выходу из канала, при этом инерционные силы создают в ней растягивающие напряжения, приводящие к возникновению кавитации [36]. По мере понижения давления, кавитационные пузырьки растут, и давление в них достигает давления насыщенных паров обрабатываемой жидкости при данной температуре. Под действием импульсов давления переменной полярности пузырьки схлопываются или пульсируют. Часть кавитационных пузырьков выносится в рабочую камеру.

Диспергирующий эффект достигается за счет развитой турбулентности потока жидкости в канале статора вследствие высокой интенсивности флуктуаций. Кроме того, при вращении ротора в зазоре между ротором и статором возникают большие сдвиговые напряжения способствующие гомогенизации [25,32,41,38].

За основу оптимизации конструктивных особенностей применяемого роторно-пульсационного аппарата (РПА) были приняты результаты расчетов режимов гидроиспытаний РПА, проведенных компанией CAE-Services.

Рассматриваемая конструкция представляет собой, имеющий вращающиеся и неподвижные зубцы центробежный насос, наиболее близкий по конструкции и предназначенный для гомогенизации неоднородных масс.

Результатом работы явилось моделирование общей картины течения жидкости при работе РПА и, в частности, особенностей течения жидкости в каналах между зубцами колеса и зубцами статора и проведение оптимизации конструкции на основе полученного решения[46,112,119].

В качестве рабочей среды рассматривалась вода с параметрами: плотность = 998.2 кг/м3, динамическая вязкость 0.001 кг/мс. Решались турбулентные двухпараметрическая дифференциальная k модель турбулентности для высоких чисел Рейнольдса (Re 2000).

неподвижных зубцов с целью уменьшения потерь энергии потока были применены в конструкции нашего РПА [45,46,64].

3.2.2. Низкочастотная акустическая кавитация образующаяся при работе РПА растягивающих напряжений в жидкостях, вызываемых отрицательной частью динамического давления, генерируемого модулятором [191].

Поэтому наибольший теоретический и практический интерес представляет изменение функции t max (максимальное значение производной скорости по времени), связанное с динамическим давлением зависимостью где – плотность жидкости, Sc – площадь поперечного сечения проходного канала для текущей жидкости.

уменьшается, а затем возрастает. Минимум функции, таким образом, приходится на случай, когда значения кориолисовой и центробежной силы близки. Влияние радиальной скорости по ширине канала ротора [5,62].



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 22 |
 




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.