Moroz O. Reduction of thermal stresses and increasing of the service life of power equipment elements by utilizing stabilizer burners

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U000478

Thesis Registration Form

0824U000478.pdf

Applicant for

Specialization

  • 144 - Теплоенергетика

Specialized Academic Board

ДФ 26.002.99; ID 4269

National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".

Essay

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 comp Key words: damage, model, repair, service life, boundary coditions, gasification, boiler, burner, jet, gas fuel, thermal stress, biomass

Read more

Research papers

Olga Chernousenko, Leonid Butovsky, Dmitro Rindyuk, Olena Granovska, Oleg Moroz. Аnalysis of residual operational resource of high-temperature elements in power and industrial equipment // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies - Еnergy-saving technologies and equipment - VOL 1, - № 8 (85) - (2017) - pp. 20-26.

Olga Chernousenko, Leonid Butovsky, Olena Granovska, Oleg Moroz, Oleksandr Starchenko. Determining basic characteristics of stabilizer micro torch burners for the combustion of ballasted fuel gases // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies" - Еnergy-saving technologies and equipment, 5 (8) (113), pp. 51-65, 2021.

Особенности формирования поля температур в стабилизаторных горелочных устройствах при микродиффузионном сжигании газа . О.Ю. Черноусенко, Л. С. Бутовский, Е. А. Грановская, Д. А. Горяч, О. С. Мороз. Вісник НТУ «ХПІ». Збірник наукових праць. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. Харків, НТУ «ХПІ», 2015. №17 (11126). С. 13-20.

Вплив роботи у маневрених режимах енергоблоків на техніко-економічні характеристики / Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О. О., Пешко В.А., Мороз О.С. Проблеми загальної енергетики, 2016. № 2. С. 43-51.. Probl. zagal'n. energy. 2016, 2(45):43-51.

Геометрическая модель и граничные условия теплообмена ротора высокого давления турбоустановки Т-100-130 ПАО «Харьковская ТЭЦ-5» / О. Ю. Черноусенко, Бутовский Л. С., Пешко В. А., Мороз О. С (студ.). Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. Харків: НТУ «ХПІ», 2017. № 11 (1233). С.16-23.

Мороз О.С. Проблемы эксплуатации высокотемпературных элементов энергетического и промышленного оборудования. Вісник НТУ «ХПІ». Збірник 8 наукових праць. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. Харків. НТУ «ХПІ», 2018. № 13 (1289). С.62-65.

Сталість процесу горіння на «бідному» зриві під час мікродифузійного спалювання газу за стабілізатором / О.Ю. Черноусенко, Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, О.С. Старченко. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія «Технічні науки», Київ, 2020. Том 31 (70). № 2. Частина 2. С. 182 – 188.

Пускові характеристики стабілізаторних пальникових пристроїв при подачі газового палива в зону рециркуляції / О.Ю. Черноусенко, Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, О.С. Старченко. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія «Технічні науки».Київ, 2020. Том 31 (70). № 3. Частина 1. С. 158 – 166.

Вплив різнойменної закрутки повітряного потоку на межі сталої роботи стабілізаторного пальника при мікродифузійному спалюванні газу / О.Ю. Черноусенко, Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, О.С. Старченко. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія «Технічні науки». Київ. 2020. Том 31 (70). № 4. Частина 1. С. 155-161.

Черноусенко О Ю. Характеристики дифузійно-стабілізаторного пальника при спалюванні газу в забаластованому окиснювачі / О.Ю. Черноусенко, Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, О.С. Старченко. Вчені записки Таврійського національного університету. Київ, 2021. Том 32 (71). № 3. С. 231-238.

Особливості мікродифузійного спалювання газу за стабілізаторами в забаластованому окислювачі / О.Ю. Черноусенко, Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, С.Л. Панов. Зб. наук. праць «Вугільна енергетика: шляхи реконструкції та розвитку» . Київ, 2019. С. 34-37.

Стендовые испытания модели двузонной высокотемпературной камеры сгорания / Л.С. Бутовский, Е.А. Грановская, О.С. Мороз, А.С. Старченко. Молодий вчений, 2021. № 3 (91). С. 115-120.

Дослідження дифузійно-стабілізаторного спалювання газу при зниженому вмісті кисню в окиснювачі / Л.С. Бутовський, О.О. Грановська, О.С. Мороз, О.С. Старченко. Молодий вчений, 2021. № 2 (90). С. 113-117.

Комбінований струменево - нішевий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Абдулін М.З., Сірий О.А., Мороз О.С.: Пат. на корисну модель 117294 Україна: МПК (2017.01) F23C 1/00, F23C 1/08 (2006.01). № u 2016 13193; заявл. 23.12.2016; опубл. 26.06.2017. Бюл. № 12. 4 с.

Стабілізаторно - нішовий газовий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Абдулін М.З., Сірий О.А., Мороз О.С.: Пат. на корисну модель №116906 Україна: МПК F23R 3/18 (2006.01). № u 2016 12876; заявл. 19.12.16; опубл. 12.06.2017. Бюл.№ 11. 4 с.

Комбінований стабілізаторно - нішовий газовий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Мороз О.С., Шевченко В.А.: Пат. на корисну модель № 136553 Україна: МПК (2019.01) F23C 1/00. № u 2019 02022; заявл. 26.02.2019; опубл. 27.08.2019. Бюл.№ 16/2019. 4 с.

Комбінований двонішевий газовий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Мороз О.С., Старченко О.С. : Пат. на корисну модель № 136625 Україна: МПК (2019.01) F23C 1/00, F23C 1/08 (2006.01), F23C 5/00. № u 2019 02546; заявл. 15.03.2019; опубл. 27.08.2019. Бюл. № 16/2019. 6 с.

Стабілізаторний газовий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Мороз О.С., Старченко О.С.: Пат. на корисну модель № 139454 Україна: МПК F23C 1/08 (2006.01). № u 2019 05637; заявл. 24.05.2019; опубл. 10.01.2020. . Бюл. № 1. 4 с.

Стабілізаторний пальник з кутовою роздачею газу. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Мороз О.С., Старченко О.С.: Пат. на корисну модель № 144712 Україна: МПК (2020.01) F23D 14/20 (2006.01), F23C 1/00. № u 2020 01011; заявл. 17.02.2020; опубл. 26.10.2020. Бюл. № 20. 4 с..

Пилогазовий пальник. Черноусенко О.Ю., Бутовський Л.С., Грановська О.О., Мороз О.С., Старченко О.С.: Пат. на корисну модель № 148074 Україна: МПК (2021.01) F23D 17/00, F23D 14/20 (2006.01). № u 2021 01119; заявл. 09.03.2021; опубл. 30.06.2021. Бюл. № 26. 4 с.

Read more

Files

+Мороз О-С- Дис-PhD-4-09-23.pdf

autoreferat-Мороз Анотація до дисертації.pdf

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Мороз О-С-.pdf

Similar theses

0824U001152

Yana O. Hlek

Experimental and computational study of the thermophysical properties of composite thermal energy storage nanomaterials based on industrial paraffin wax

0824U000904

Khmil Dmytro P

Heat transfer and spatial structure of distribution of thermal physical properties of supercritical water in tubes under mixed convection conditions

0824U000828

Nataliia A. Nizhnyk

Reduction of the formation of nitrogen oxides during the combustion of methane with the addition of hydrogen solutions

0824U000829

Hanna M. Veremiichuk

Aerodynamics and heat exchange during combustion of agricultural pellets in boilers for domestic consumers

0824U000370

Yurii Bietin

Increasing the efficiency of low-power furnaces by means of jet-niche technology