|
|
620.9:662.92
М 80
Мороз, Олег Сергійович.
Зниження термічних напружень і підвищення терміну службиелементів енергетичного обладнання шляхом використання стабілізаторних пальників. [Текст] : автореферат дис. ... д.філософ : 144 / О. С. Мороз ; керівник О. Ю. Черноусенко ; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", 2024УДК:
Анотація: Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу змінного в просторі і часі високотемпературного поля продуктів згоряння в топковому просторі на характеристики міцності, напружено-деформований стану, мало цикловій втомленості, пошкодження енергетичного обладнання, а також підвищенню ефективності та надійності елементів, які мають високу температуру, шляхом використання нових схем і конструкцій пальникових пристроїв, які також дозволяють використовувати альтернативні види палив. В роботі показана актуальність теми, яка пов′язана з тим, що значна кількість енергетичних та промислових об′єктів – котлів, печей, підігрівачів, сушил, газотурбінних установок тощо, які використовуються в енергетиці та промисловості України, характеризується значною моральною та фізичною зношеністю, вимагає ремонту і покращення ефективності роботи. ??Виконано огляд роботоспроможності металів при високих температурах, надійність роботи, проаналізовано характеристики міцності металу при високих температурах і робота в нестаціонарних температурних умовах, в тому числі в умовах температурної нерівномірності. Розглянуті основні джерела температурної нерівномірності в енергетичному обладнанні. ?Експериментальні дослідження виконувались з використанням обладнання кафедри ТАЕ і відповідної вимірювальної апаратури.?Розглянуто фактори, які впливають на термонапружений стан високотемпературного обладнання і запропонована методика розрахунку залишкового ресурсу високотемпературних елементів. Для дослідження теплового стану трубопроводів котла виконувалась побудова 3D просторового аналога топкового простору котлоагрегату. Виконане моделювання і аналіз допомогли запобігти дорогим і тривалим експериментам. Були послідовно виконані гідрогазодинамічний розрахунок і вибрана модель турбулентності. Розрахунки виконувались з використанням програмного комплексу ANSYS Fluent. ?Користуючись розробленою методикою, на підставі виміряних або розрахованих температур, можна орієнтовно розрахувати термонапружений стан енергетичного обладнання і термін експлуатації до руйнування.?Створена комп’ютерна модель дозволила гнучко змінювати і отримати відповідне поле температур перед патрубком.??В мікрофакельних стабілізаторних пальниках є можливість впливати на профіль температури газів в повздовжньому і поперечному перерізах конструктивними засобами – зміною кроку стабілізаторів та їх ширини, зміною (або прикриттям) подачі газу на окремі стабілізатори, відносним зміщенням стабілізаторів вздовж і поперек потоку.?З метою розширення використання альтернативних газів в енергетиці і промисловості були розроблені і дослідженні мікрофакельні стабілізаторні пальники для спалювання забаластованих газових палив.?Розроблено метод і конструкції стабілізаторних пальникових пристроїв, які забезпечують підвищення сталості горіння забаластованого палива при концентрації домішок від 0 % до 100 % (відсутність палива - подача баласту). Для цього прийнята комбінована технологія подачі палив, при якій струмені низькореакційного палива проходять через високо температурні факели і відбувається сталий процес горіння обох палив незалежно від концентрації домішки з забаластованому паливі. Потужність пальника підтримується за рахунок збільшення витрати палива, яке подається на стабілізуючий факел. Сталість і довжина загального факелу визначається характеристиками запалюючого факелу Розроблено три варіанти модулей стабілізаторних пальників з різними схемами подачі альтернативного і стабілізуючого палив. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що . ?- вперше за допомогою комплексу ANSYS Fluent розроблена програма визначення термічного і термо-напруженого стану високотемпературних елементів енергетичного обладнання;- розроблена програма розрахункової оцінки терміну експлуатації високотемпературних елементів в стаціонарних і змінних режимах;- доповнені експериментальні дані і уточнені залежності щодо вирівнювання характеристик газового потоку в топковому просторі при використанні стабілізаторних пальників;- показана можливість регулювання поля температур газів в топковому просторі зміною конструктивних параметрів стабілізаторних пальників; - вперше запропонована технологія спалювання забаластованих низько реакційних газових палив в стабілізаторних пальниках;- вперше розроблено і досліджено моделі стабілізаторних пальників для спалювання альтернативних низько реакційних газових палив;- отримані експериментальні дані та одержані узагальнюючі залежності стосовно характеристик робочого процесу горіння газів різного складу, який може суттєво змінюватись під час роботи. Ключові слова: пошкодження, модель, ремонт, термін служби, граничні умови, газифікація, котлоагрегат, пальник, струмінь, газове паливо, термонапруженість, біомаса.. The dissertation is devoted to the study of the influence of the variable in space and time of the high-temperature field of combustion products in the furnace space on the strength characteristics, stress-strain state, low-cycle fatigue, damage to power equipment, as well as increasing the efficiency and reliability of elements that have a high temperature by using new schemes and designs of burner devices, which also allow the use of alternative fuels. The work shows the relevance of the topic, which is related to the fact that a significant number of energy and industrial facilities - boilers, furnaces, heaters, dryers, gas turbine units, etc., used in the energy and industry of Ukraine, are characterized by significant moral and physical wear and tear, requires repair and improvement of work efficiency.An overview of the workability of metals at high temperatures, reliability of work, characteristics of metal strength at high temperatures and work in non-stationary temperature conditions, including in conditions of temperature unevenness, were analyzed. The main sources of temperature unevenness in power equipment are considered.Experimental studies were carried out using the equipment of the TAE Department and appropriate measuring equipment.Factors affecting the thermally stressed state of high-temperature equipment are considered, and a methodology for calculating the residual resource of high-temperature elements is proposed. To study the thermal state of the boiler pipelines, a 3D spatial analogue of the furnace space of the boiler unit was constructed. The modeling and analysis performed helped to prevent expensive and time-consuming experiments. A hydrogas-dynamic calculation was performed sequentially and a turbulence model was selected. Calculations were performed using the ANSYS Fluent software package.Using the developed methodology, on the basis of measured or calculated temperatures, it is possible to approximately calculate the thermal stress state of power equipment and the period of operation before destruction.The created computer model made it possible to flexibly change and obtain the appropriate temperature field in front of the nozzle.In microflare stabilizer burners, it is possible to influence the temperature profile of gases in the longitudinal and transverse sections by constructive means - by changing the pitch of the stabilizers and their width, changing (or covering) the gas supply to individual stabilizers, relative displacement of the stabilizers along and across the flow.In order to expand the use of alternative gases in energy and industry, microflare stabilizer burners for burning ballasted gas fuels were developed and researched.The method and constructions of stabilizer burner devices have been developed, which ensure an increase in the stability of the burning of ballasted fuel at a concentration of impurities from 0% to 100% (absence of fuel - supply of ballast). For this, a combined fuel supply technology is adopted, in which jets of low-reaction fuel pass through high-temperature torches and a constant process of burning of both fuels takes place, regardless of the concentration of impurities from the ballasted fuel. The power of the burner is maintained due to the increase in fuel consumption, which is fed to the stabilizing torch. The stability and length of the total flame is determined by the characteristics of the ignition flame Three variants of stabilizer burner modules with different supply schemes of alternative and stabilizing fuels have been developed.The scientific novelty of the obtained results is that.- for the first time, using the ANSYS Fluent complex, a program for determining the thermal and thermal stress state of high-temperature elements of power equipment was developed;- a program for estimating the service life of high-temperature elements in stationary and variable modes was developed;- supplemented experimental data and clarified dependencies regarding the equalization of gas flow characteristics in the furnace space when using stabilizer burners;- the possibility of regulating the gas temperature field in the furnace space by changing the structural parameters of the stabilizer burners is shown;- the technology of burning ballasted low-reaction gas fuels in stabilizer burners was proposed for the first time;- models of stabilizer burners for burning alternative low-reactivity gas fuels were developed and researched for the first time;- received experimental data and obtained generalized dependencies regarding the characteristics of the working process of burning gases of different compKey words: damage, model, repair, service life, boundary coditions, gasification, boiler, burner, jet, gas fuel, thermal stress, biomass
Дод. точки доступу:
Черноусенко, Ольга Юріївна (керівник.); Olga Y. Chernousenko; Oleh Moroz; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
|
|