VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Последние годы характеризуются все более интенсивным развитием децентрализованного теплоснабжения - как автономных, так и местных систем. Такие системы характеризуются высокой экономичностью и надежностью. В децентрализованных системах теплоснабжения применяются котлы, имеющие относительно небольшую тепловую мощность. Теплообмен в топках таких котлов происходит в условиях ограниченных объемов, обусловленных их малыми габаритными размерами.

Опыт эксплуатации котлов малой тепловой мощности позволил выявить целый ряд факторов, влияющих на эффективность теплообмена, в том числе неравномерность распределения тепловых потоков в топочном пространстве котла. Неравномерность распределения тепловых потоков приводит к появлению значительных неравномерностей теплоотвода экранными поверхностями нагрева. Отклонение локальных температур дымовых газов в топке от их усредненных значений составляет 100-200К, а по некоторым данным, достигает даже 400-500К. Следствием этого являются локальные перегревы труб поверхностей нагрева и снижение надежности теплоснабжения. Повышение однородности топочной среды, с одной стороны, позволит осуществить сглаживание температурных неравномерностей, с другой стороны, это будет способствовать более полному сгоранию топлива за счет улучшения смесеобразования. Таким образом, будет достигнуто повышение КПД и экологических характеристик котлов малой мощности.

Отсутствие на сегодняшний день четких представлений о характере и взаимосвязи неравномерностей распределения тепловых потоков и теплоотвода в топках котлов малой мощности для децентрализованного теплоснабжения снижает эффективность мероприятий, направленных на устранение таких неравномерностей. При этом зачастую неоправданными оказываются дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты, сопутствующие этим мероприятиям, снижается надежность и экономичность систем децентрализованного теплоснабжения. При отсутствии расчетных методик определения температурных полей в различных сечениях топочных камер большинство решений по их выравниванию ищется в виде непосредственного воздействия на конечную неравномерность:

• организацией подачи дымовых газов рециркуляции: рассредоточенно - по всему выходному сечению топки, или сосредоточенно - в область максимальных температур дымовых газов. Однако этот метод не решает задачу улучшения смесеобразования и, кроме того, существующая на сегодняшний день неопределенность местоположения зон максимальных температур и отсутствие исследований их связи с работой горелочных устройств затрудняет использование таких методов;

• применением вихревого принципа сжигания топлива. При правильной организации применение этого метода обеспечивает хорошее смесеобразование и не уменьшает интенсивность теплообмена в топке. Однако имеющиеся данные по исследованию работы таких устройств относятся, главным образом, к котлам большой тепловой мощности, работающим на пылеугольном твердом топливе.

С целью исследования температурных и тепловых потоков в котлах с вихревым движением топочных газов, были выполнены специальные серии опытов. В качестве инструментов исследования использовались следующие научные методы: системный анализ, синтез, обобщение, логические методы; методы математического анализа и математической физики. Обработка результатов серий измерений позволила обосновать и подтвердить предложенную нами модель процессов аэродинамики и теплообмена в вихревых топках котлов для децентрализованного теплоснабжения. Модель включает в себя уравнения, описывающие закономерности лучистого и конвективного теплообмена и их взаимосвязь со скоростными параметрами вихревого потока дымовых газов. Получены аналитические зависимости для определения коэффициента аэродинамического сопротивления вихревой топки, конструктивных характеристик зоны обратных токов и скоростных параметров вихревого потока (окружной, осевой составляющих вектора абсолютной скорости и его усредненного значения).

Разработана методика аэродинамического расчета вихревых топок котлов для децентрализованного теплоснабжения методом последовательных приближений с использованием полученных аналитических зависимостей для расчета размера зоны обратных токов и скоростных параметров вихревого потока дымовых газов. Обоснована методика расчета лучистого теплообмена, отличающаяся от известных тем, что определяются суммарные интегральные тепловые потоки: излучаемые непосредственно факелом; отраженные от стен, пода и потолка вихревой топки котла. При этом излучающая поверхность факела представлена в виде линейного источника, а интенсивность излучения трехатомных газов, в отличие от закона Стефана-Больцмана-Ламберта, принята пропорциональной их парциальным давлениям.

Получены аналитические выражения для расчета угловых коэффициентов излучения факела вихревой топки котла на тепловоспринимающие поверхности горизонтально, вертикально и произвольно ориентированные в пространстве.

Уточнена методика расчета конвективного теплообмена с использованием предложенных аналитических выражений скоростных параметров вихревого потока дымовых газов.

Разработаны алгоритмы и структурные схемы аэродинамического и теплового расчета вихревых топок котлов для децентрализованного теплоснабжения с использованием основных научных результатов диссертации.

Библиографический список

1. Кладов, Д.Б. Влияние избытка воздуха и тепловой мощности топочного объёма на эффективность работы котлов ВТГ / Д.Б. Кладов, Д.М. Чудинов // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 7, № 5. — С. 122—125.

2. Кладов, Д.Б. Определение угловых коэффициентов излучения факела на наклонную плоскость в вихревых топках котлов / Д.Б. Кладов, O.A. Сотникова // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2011. — № 1 (21) — С. 29—33.

3. Кладов, Д.Б. Расчёт лучистого теплообмена в энергетических установках с вихревыми топочными устройствами / Д.Б. Кладов, O.A. Сотникова // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2011. — № 1 (21) —С. 22—28.

4. Кладов, Д.Б. Исследование динамики теплообмена вентиляционных выбросов при утилизации теплоты с учётом конденсации водяных паров / Д.Б. Кладов, Н.С. Кобелев, В.С.Ежов // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2011. — № 1 (13) — С. 9—15.

5. Кладов, Д.Б. Разработка математической модели процессов аэродинамики и теплообмена в котлах малой мощности вихревого типа / Д.Б. Кладов, А.И. Колосов // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23) — С. 40—48.

Код для цитирования: Скопировать