Звіт по науково-дослідній роботі. Волошин Олексій Іванович. Розвиток науково-технічних основ енергоперетворення вуглецевмісної сировини різного ступеня метаморфізму, розділення і її зневоднення та підвищення ефективності і надійності енергокомплексів

Реєстраційний номер

0219U005348, 0115U002283 , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Розвиток науково-технічних основ енергоперетворення вуглецевмісної сировини різного ступеня метаморфізму, розділення і її зневоднення та підвищення ефективності і надійності енергокомплексів

Назва етапу роботи

Керівник роботи

Волошин Олексій Іванович, Доктор технічних наук

Дата реєстрації

11-09-2019

Організація виконавець

Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України

Опис етапу

Об'єкт досліджень - вібраційні системи з пружними обмежувачами переміщень та інерційними збудниками коливань обмеженої потужності; процеси руху та енергоперетворення вуглецевмісної сировини в плазмових реакторах; раціональні параметри малих теплоенергетичних комплексів при утилізації низькопотенційної теплоти в контактних і тепломасообмінних апаратах при використанні перспективних способів їх інтенсифікації. Мета роботи - встановлення закономірностей та параметрів вібраційного полічастотного грохоту з обмеженою потужністю віброзбудника; встановлення закономірностей процесу енергоперетворення вуглецевмісного середовища у плазмовому реакторі та в електромагнітних полях дугової плазми, розробка методів зниження енергоємності процесу перетворень та визначення раціональних параметрів реактора; розробка рекомендацій по вибору параметрів малих теплоенергетичних комплексів при утилізації низькопотенційної теплоти в контактних і тепломасообмінних апаратах при використанні перспективних способів їх інтенсифікації. Методи досліджень - теоретичні (аналітичні й чисельного аналізу) та експериментальні в лабораторних і промислових умовах. Дослідження закономірностей динамічних процесів полічастотного грохоту з віброзбудником обмеженої потужності дозволили встановити, що при пуску для проходження грохоту через власну частоту коливань на опорних пружних зв'язках і виходу на віброударні режими необхідна більш ніж на порядок менша потужність асинхронного двигуна, ніж для режимів безударних коливань. При збільшенні потужності приводу і збурювального зусилля віброзбудника збільшуються області існування віброударних режимів коливань. Крім потужності, на вихід грохоту на стаціонарні віброударні режими впливає збуджуюча сила інерційного віброзбуджувача коливань. Спектральна густина цих коливань залежить від зазорів в односторонніх пружних зв'язках і асиметрії параметрів грохоту. При збільшенні асиметрії спектральна густина віброударних полічастотних коливань зростає. Це дозволяє встановлювати на грохоти електродвигуни обґрунтованої потужності, що сприяє зниженню споживання електроенергії та поліпшує умови пуску при проходженні власної частоти коливань на опорних пружних зв'язках і виходу грохота на віброударні режими, найбільш ефективні для класифікації пиловугільного пального при підготуванні його до спалювання в котлах ТЕС. Розроблена математична модель руху та тепломасообміну турбулентного закрученого потоку з частинками вугілля різного ступеня метаморфізму у плазмовому реакторі, яка вперше враховує хімічні реакції з леткими речовинами, азотом, сіркою та дозволяє встановити нові закономірності термохімічних процесів у плазмовому аеродинамічному реакторі підготовки вугільного палива перед спалюванням в котлах ТЕС і визначити його раціональні параметри, режими роботи, що забезпечують спалювання вугілля з вмістом летких від 3 до 40 % без підсвічування мазутом та газом. Зроблено оцінку способів і технічних засобів інтенсифікації тепло- і масопереносу в процесах плазмохімічних перетворень вуглецевмісних середовищ і виявлено вплив теплообміну на нагрів частинки вугілля в реакційній камері при температурі газового середовища Тг < 2000 К. Проведено дослідження процесу високотемпературних (Тг > 2000 К) перетворень вуглецевмісних середовищ в камері плазмодугового реактора і визначено вплив теплових і кінетичних параметрів на час повної конверсії частинок вугілля. Доведено доцільність підвищення температури газів в реакторі сумісного типу до Тг = 3000 К, яка обумовлює мінімальне значення часу конверсії вуглецю при спільному впливі конвективного і радіаційного теплообмінів. Визначено основні геометричні, теплові і режимні параметри пароплазмового модуля потужністю 160 кВт. Розроблено конструкцію пароплазмового модуля і проведені його випробування в лабораторних умовах. Сформульовано та вирішено ряд задач про розподіл речовини у воді, що розчиняють стінки пор, які актуальні при наявності в пористому середовищі тонких перегородок, що блокують окремі порові ділянки. Визначені раціональні параметри робочого процесу в реакторі з киплячим шаром, що засновані на рівняннях теплового і матеріального балансів, вигоряння та газифікації вуглецю, аеродинаміки концентрованої дисперсної системи, а також теплообміну частинок із шаром і двофазним середовищем. За удосконаленою методикою розрахунку режимно-конструктивних параметрів контактних теплообмінних апаратів для утилізації теплоти димових газів встановлено діапазон значень параметрів дисперсної фази, при яких найбільш ефективно забезпечується передача теплоти в апараті, визначено цільові параметри для проектування й порядок розрахунків їх раціональних значень. При розрахунках теплогідравлічної ефективності пористих прямоточних парогенераторів при граничних умовах третього роду вперше отримано, що при перехідному режимі руху і однакових діаметрах каналів можна домогтися істотного скорочення довжини (до декількох десятків разів) пористого прямоточного парогенератора в порівнянні з гладкостінним прямоточним парогенератором. Розроблені рекомендації, які полягають в оптимізації та виборі параметрів нового технічного рішення з утилізації вторинної теплоти газопоршневих установок, що спалюють шахтний метан в малих теплоенергетичних комплексах. Технічне рішення передбачає перетворення теплоти системи охолодження двигуна і димових газів на електричну енергію за допомогою двоконтурної теплосилової установки з різними робочими тілами в контурах. Використання запропонованих енергозберігаючих технологій з утилізації низькопотенційної теплоти на базі контактних і теплообмінних апаратів дозволить збільшити вироблення електроенергії на 15 - 20 % і довести загальний ККД технологічних апаратів з вироблення електроенергії до 50 %. Результати роботи дозволяють створити більш повну теорію й методи розрахунку процесів і апаратів розділення, зневоднення, термохімічного перетворення та утилізації теплоти при енергоперетворенні вуглецевмісного середовища. Результати досліджень можуть бути використані при проектуванні обладнання в теплоенергетичній та хімічній галузях промисловості. Ключові слова: віброударні системи, збудники коливань, вуглецевмісна сировина, газифікація, тепломасообмін, плазмовий реактор, низькопотенційна теплота, капілярно-пористе тіло, киплячий шар

Опис продукції

Математична модель процесів енергоперетворення вуглецевмісної сировини у плазмовому реакторі дозволяє визначити його раціональні параметри та режими роботи. Методи розрахунку грохота дозволяють обґрунтувати раціональну потужність електродвигуна приводу віброзбудника та його параметрів. Метод, алгоритми і комп'ютерні програми дозволяють розрахувати тепловий режим максимальної енергетичної ефективності теплоутилізаційної установки та оптимальні параметри теплообмінних апаратів.

Автори роботи

Васильєв Леонід Михайлович
Волошин Олексій Іванович
Дякун Інна Леонидівна
Жевжик Олександр Владиславович
Луценко Василій Іванович
Семененко Євген Володимирович
Холявченко Леонід Тимофейович
Шевченко Георгій Олександрович

Додано/оновлено в НРАТ

2020-04-02