Пульсирующее горение

К.т.н. М.И. Поляков, инженер-конструктор, ФГУП «Кимовский радиоэлектромеханический завод», г. Кимовск, Тульская область

Теплотехника как наука о сжигании горючего и термообмена активно развивалась в течение более 5 веков и перевоплотился в набор твердо закоренелых представлений и способов подхода к решению задач. Но круг рассматриваемых явлений и процессов оказался в силу ряда обстоятельств искусственно сужен до категорий термообмена при стационарном движении сред и стационарного (факельного) горения (исключение составляет теория движков внутреннего сгорания). Практически совсем выпали из рассмотрения повторяющиеся колебательные и волновые процессы, сопровождающие горение и движение сред, участвующих в термообмене.

Совместно с тем, часть исследователей (и не только лишь теплотехников) в протяжении всего ХХ века вела исследования и разработки, оказавшиеся на стыке таких дисциплин как теплотехника, теория колебаний, хим кинетика и акустика. Результатом таковой деятельности явилось становление нового научного и технического направления, получившего заглавие — пульсирующее горение (ПГ). ПГ — повторяющийся (колебательный) процесс хим взаимодействия компонент горючего (горючего и окислителя), характеризующийся тем, что амплитуда конфигурации интенсивности горения соизмерима (имеет тот же порядок величины) со средним значением интенсивности, а период колебаний амплитуды не превосходит время пребывания компонент горючего и товаров сгорания в объеме устройства, где этот процесс осуществляется.

На теоретическом уровне возможность воплощения пульсирующего горения была обусловлена Ч.Стреттом (лордом Рэлеем) в конце ХIХ века в Великобритании. Сначала ХХ века были сделаны 1-ые устройства ПГ на консистенции паров бензина и воздуха.

Существенное воздействие на развитие науки о ПГ оказали работы в бессчетных «закрытых» учреждениях («почтовых ящиках»), посвященные колебаниям в камерах реактивных движков. Новый всплеск энтузиазма к ПГ начался в 80-90-е гг. ХХ в. совместно с развитием малой энергетики на новеньком технологическом уровне на фоне обострения внимания к экологическим дилеммам.

Итоговые уравнения хим реакций и стехиометрические коэффициенты в системах ПГ фактически подобны отлично изученным для обыденных топочных процессов в системах стационарного горения. Если абсолютные давления реагирующих веществ близки к атмосферному, а амплитуда колебаний давления много меньше абсолютного давления, то основным различием ПГ от «факельного» следует считать:

·  более насыщенное смешивание компонент как следствие нестационарных вихрей, насыщенной газификации капель либо жестких частиц горючего (основная причина низкой эмиссии монооксида углерода);

·  отсутствие пространственно стационарных фронтов горения и, как следует, пространственно сглаженные поля температур (основная причина низкой эмиссии оксидов азота);

·  возникновение периодов времени, в которые может быть давление в топочной камере ниже атмоcферного;

·  генерация акустических волн (шума пульсаций).

Многие более «тонкие» особенности процессов еще находятся в стадии исследования.

Упрощенно принцип деяния и конструкцию котла пульсирующего горения можно представить последующим образом. В камеру сгорания через воздушнопульсирующий и газопульсирующий мембранные клапаны, расположенные в ресиверных камерах, подается топливный газ. При помощи электрозапальной свечки осуществляется первичное воспламенение газовоздушной консистенции в камере сгорания и краткосрочное увеличение давления, приводящее к появлению акустических волн в резонаторе. Камера сгорания вместе с резонаторными трубами образует большой акустический резонатор типа резонатора Гельмгольца. Когда давление в камере превосходит давление в ресиверах, пульсирующие мембранные клапаны запираются. При всем этом предстоящее поступление газа и воздуха в камеру сгорания приостанавливается. Под лишним давлением дымовые газы выходят из камеры сгорания и через резонансные трубы и выхлопной коллектор поступают в окружающую среду. Через определенное время (около 20 мс) давление в камере понижается и пульсирующие клапаны открываются, впуская еще одну порцию газа и воздуха. Приведенный цикл повторяется с частотой около 35-40 раз за секунду. Устанавливается повторяющийся (автоколебательный) процесс.

После установления процесса ПГ всасывание воздуха получается благодаря повторяющимся полуволнам разрежения, а повторное воспламенение новых порций газовоздушной консистенции осуществляется не от свечки, а остаточным пламенем, которое повсевременно находится в зоне завихрения на свечном конце камеры сгорания. Процесс ПГ может длиться неограниченное время, пока не будет отключена подача топливного газа. Для включения и отключения подачи топливного газа служит отсечной клапан.

Камера сгорания и резонансные трубы окружены водяной рубахой, в какой противотоком к дымовым газам движется нагреваемая вода. При помощи вентилятора осуществляется продувка камеры сгорания и резонансных труб перед розжигом и после прекращения горения.

Кимовским радиоэлектромеханическим заводом освоено серийное создание автоматических газовых котлов пульсирующего горения мощностью 100 и 400 кВт (см. набросок).

Пульсирующее горение

Набросок. Схема котла пульсирующего горения ПВ-400.

Котлы данного типа имеют последующие плюсы:

·  предельная простота конструкции, отсутствие горелки и дымососа;

·  малые габариты и масса на единицу теплопроизводительности, что обосновано высочайшим коэффициентом теплопотери от товаров сгорания к стенам теплообменного аппарата и высочайшими скоростями течения газовых сред;

·  экономичное внедрение энергетических ресурсов (обеспечивается за счет: отсутствия дымососа и повсевременно действующего вентилятора (электроэнергию потребляют только КИПиА); малого гидравлического сопротивления контура котла (экономия электроэнергии в насосном хозяйстве); высочайшего КПД котла (93-95%); малой поверхности теплообменного аппарата и малой своей теплоемкости котлоагрегата (малые утраты тепла временно остановленным и повторно запускаемым котлом); малого расхода тепла на собственные нужды котельной вследствие ее малогабаритности);

·  работа в системе «старт-стопного» регулирования;

·  возможность строить котельные установки на малых площадях за счет малогабаритного их размещения (к примеру, вероятна установка 2-ух котлов ПВ-400 друг на друга, зачем в конструкции предусмотрены особые установочные элементы);

·  высокий уровень пассивной безопасности из-за малого объема, заполняемого газовоздушной консистенцией, и высочайшей прочности оболочек. Котлы имеют настолько малые объемы всех полостей, что суммарная энергия хлопка малозначительна, а крепкость всех частей конструкции котлоагрегата позволяет выдержать лишнее давление при хлопке 16 кг/см2, хотя на теоретическом уровне достижимое давление при хлопке 8 кг/см2.

Блок автоматического контроля и управления котла обеспечивает не только лишь его автоматическую работу в разных режимах (розжиг, поддержание режима горения и выработки тепла, отключение по командам управления теплопро-изводительностью и т.д.), да и высшую безопасность при эксплуатации и появлении внештатных аварийных ситуаций. С этой целью котлы снабжены электрическим оборудованием, микропроцессорным блоком управления и комплексом датчиков (продувки, горения, два датчика температуры теплоносителя, датчик уровня воды в котле).

Окупаемость котлов составляет около 1,5-2 лет. Котлы производства КРЭМЗ эксплуатируются в Тульской, Рязанской, Вологодской, Нижегородской, Столичной, Смоленской и других областях, где они употребляются для автономного отопления школ, больниц, административных построек и т.п.

Ответы на запросы «НТ» об эксплуатации водогрейных котлов пульсирующего горения

Ю.Ф.Аносов, главный энергетик, ООО «Строительная керамика», г. Таруса, Калужская обл.:

На предприятии с 2003 г. эксплуатируются 6 водогрейных котлов ПВ-100. Благодаря маленьким размерам котлы были смонтированы в теп-лоцентре предприятия после малозначительной его реконструкции. Котлы работают в автоматическом режиме. По режиму термический сети поддерживается температура на входе несколько ниже паспортной (45-50 ОС), но паспортные характеристики работы котлов для наших режимов выдерживаются: КПД — 93,5-95%, температура уходящих газов — 125-140 ОС, содержание СО в уходящих газах — 10-18 ppm.

Глушители шума мы решили не устанавливать, так как на фоне промышленных шумов предприятия при длине дымовых труб 15 м шумы от котлов выделяются не очень очень, а в зоне завышенной шумности неизменного обслуживающего персонала нет.

К недочетам следует отнести непостоянность розжига неких котлов в «старт-стопном» режиме. Все котлы снабжены блоками управления ПК-3, сделанными в г. Зеленограде. По нашему воззрению предпосылкой непостоянности результатов розжига является недостающая мощность искры на запальной свече.

С.С. Костюченко, инженер-теплотехник, Черепетский завод ЖБИиК, г. Суворов, Тульская обл.:

Котлы ПВ-400 (№ 11 и 12) находятся в эксплуатации с 2003 г. В 2005 г. был проведен ремонт 1-го из котлов (прогорели дымогарные трубы). Вода, идущая на подпитку, соответствует требованиям, обозначенным в технической документации котла, но появилась неувязка с оборотной водой из теплосети — вода очень загрязне-

на, т.к. завод старенькый и трубопроводы изношены. Загрязнения скапливаются в нижней части котла. Пульсирующий режим и возникающие вибрации содействуют самоочистке поверхностей нагрева от накипи, но это снова же приводит к скоплению осадка. В итоге требуются 1-2 промывки котла за отопительный сезон, но это трудно сделать, потому в конструкции нужно предугадать возможность доступа к нижней части котла.

К положительным моментам следует отнести то, что котлы эксплуатируются в автоматическом режиме, заморочек с блоками контроля и управления не появлялось, не требуются дымососы и высочайшие дымовые трубы.

С.А.Дьяконов, главный инженер, ООО «Стимул», г. Сокол, Вологодская обл.:

В 2004 г. на предприятии были установлены два водогрейных котла ПВ-400. За весь период эксплуатации котлы работали накрепко, без сбоев. Котлы легки в настройке, заморочек с пуском не появлялось, имеют высочайший фактический КПД. Шум работающих котлов незначителен по сопоставлению с шумом другого технологического оборудования в котельной и фактически не слышен за пределами котельной.

А.И. Клейменов, директор, ЗАО «Спецмон-тажналадка», г. Новомосковск, Тульская обл.:

Установка котлов пульсирующего горения осуществляется с 2001 г. Котлы эксплуатируются по истинное время в автоматическом режиме, без неизменного присутствия обслуживающего (дежурного) персонала. Все характеристики котлов соответствуют паспортным данным.

Комменты первого зам. директора ФГУП «Кимовский радиоэлектромеханический завод» И.В. Щеколдина к вышеперечисленным замечаниям:

1. В текущее время котлы оснащаются глушителями, которые позволяют понизить уровень шума на 15-20 дБ.

2. С 2004 г. блок управления ПК-3 заменен на блок БАК своей конструкции и производства, который обеспечивает размеренный пуск котлов.

3. Для обеспечения размеренной работы котла качество водоподготовки должно соответствовать ГОСТу для питьевой воды.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru