Кобилянська О. О. Підвищення ефективності робочого процесу струменево-нішевих пальників за рахунок домішок водню

Дисертацію присвячено дослідженню закономірностей процесу горіння традиційних вуглеводневих палив при додаванні водню в умовах струменево-нішевого стабілізатора полум’я, робочий процес якого визначає ефективність універсальних дифузійно-кінетичних промислових пальникових пристроїв. У вступі наводиться обґрунтування актуальності теми дослідження, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет, наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, показано особистий внесок здобувача та висновки. Представлено відомості щодо апробації результатів досліджень та напрямки їх потенційного використання. В першому розділі відображено актуальність даної тематики. Проаналізовано перспективи використання альтернативних газів. Розглянуто основні особливості водню як палива. Проаналізовано результати попередніх досліджень спалювання водню і встановлено основні фактори впливу водню на процес горіння, в порівнянні зі спалюванням природного газу. В ході досліджень авторами показано, що додавання водню призводить до підвищення температури в зоні горіння, а отже і до зростання викидів токсичних оксидів азоту. Натомість викиди СО та СО2 зменшуються. Однією з найбільш ефективних вітчизняних технологій горіння є Струменево-нішева технологія, яка має широку географію та номенклатуру ефективно модернізованого газоспалювального устаткування. В контексті основних переваг технології, спалювання сумішного газу з воднем постає перспективним напрямком розвитку вже існуючих науково-технічних рішень. В другому розділі наведено схему лабораторного стенду, детально представлено методику проведення експерименту і обробки отриманих даних при спалюванні традиційних паливних газів та їх суміші з воднем в умовах струменево-нішевої системи. В методиці проведення досліджень описано умови проведення вимірювань та особливості підготовки апаратури до вимірювань. Емісійні показники вимірювались за допомогою газоаналізаторів Testo-330 1LL та ОКСИ 5М-5Н. В розділі наведено методику обробки експериментальних даних та методику тарування звужуючих пристроїв вимірювання витрати з використанням сопла Вітошинського, наведено порядок обробки результатів вимірювань. Окрема увага приділена оцінці похибок вимірювання. В третьому розділі наведено результати експериментального дослідження процесу горіння природного газу та пропан-бутану в суміші з воднем. Наведені фотографії факела, які наглядно показують, що додавання водню кардинально змінює структуру факела спалюваної суміші, що пояснюється підвищенням реакційної здатності палива. Результати вимірювання температур у відкритому факелі показало збільшення температури в усті пальника при додаванні водню більше 50% на 35…40°С і для чистого водню на 100-120°С у порівнянні з природним газом. Також додавання водню призводить до збільшення значення гідродинамічного параметра q, що характеризує далекобійність струменів. В роботі досліджено вплив домішок водню на стабілізаційні характеристики спалювання природного газу. Показано, що додавання водню значно розширяє межі зриву. Коефіцієнт регулювання пальника при цьому суттєво підвищується. Показано, що додавання водню локально підвищує температури горіння суміші. Експериментально досліджено вплив домішки водню на рівень емісії оксидів азоту та вуглецю у продуктах спалювання сумішевих палив. Встановлено закономірності утворення СО та NOx в залежності від геометричних та режимних параметрів стабілізатора. В розділі було проведено стехіометричний розрахунок викидів СО2 у випадку заміщення метану воднем на 50% за об’ємом. Результати розрахунків показали зниження емісії СО2 на 23,0%. Також проведено теоретичний розрахунок викидів СО2 за ГКД 34.02.305-2002. Представлені теоретичні результати корелюються з характеристикою отриманою за результатами газового аналізу. В роботі наведені приведені показники концентрації оксидів азоту, які використовуються при проведенні екологічного аудиту пальникових пристроїв. Надані рекомендації щодо адаптації конструкції струмінево-нішевого стабілізатору до спалювання сумішних палив в пальниках СНТ. В четвертому розділі наведено результати енергоекологічної оцінки паливоспалюючого устаткування. Так, за результатами аналізу емісійних показників модернізованого вогнетехнічного обладнання потужністю 0,5–60 МВт отримано дані для оцінки емісійних показників котлів малої та середньої потужності залежно від основних впливових факторів. Запропоновано методологічний підхід щодо екологічної оцінки котельного устаткування модернізованого на базі СНТ з використанням підходу компенсації впливів.