Мороз О. С. Зниження термічних напружень і підвищення терміну служби елементів енергетичного обладнання шляхом використання стабілізаторних пальників.

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U000478

Облікова картка дисертації

0824U000478.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 144 - Теплоенергетика

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.002.99; ID 4269

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

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.

Читати повністю

Публікації

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.

Читати повністю

Файли

+Мороз О-С- Дис-PhD-4-09-23.pdf

autoreferat-Мороз Анотація до дисертації.pdf

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Мороз О-С-.pdf

Схожі дисертації

0824U001152

Глек Яна Олегівна

Експериментальне та розрахункове дослідження теплофізичних властивостей композиційних термоакумулювальних наноматеріалів на основі технічного парафіну

0824U000904

Хміль Дмитро Петрович

Теплообмін і просторова структура розподілу теплофізичних властивостей надкритичної води в трубах за умов змішаної конвекції

0824U000828

Ніжник Наталія Андріївна

Зниження утворення оксидів азоту при спалюванні метану з додаванням водневих розчинів

0824U000829

Веремійчук Ганна Миколаївна

Аеродинаміка та теплообмін при спалюванні агропелет в котлах побутових споживачів

0824U000370

Бєтін Юрій Олексійович

Підвищення ефективності печей малої потужності за рахунок струменево-нішевої технології