Помощь студентам в учебе
Зажигание частиц древесной биомассы в условиях комбинированного радиационно-конвективно-микроволнового нагрева
|
ВВЕДЕНИЕ 9
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1 Внедрение СВЧ в большую энергетику. Теплофизические основы СВЧ - энергетики
1.2 Современное состояние теории и практики процессов воспламенения 14
и горения топливных частиц в условиях сложного нагрева
1.3 Разработка технологий эффективного сжигания биомассы в качестве топлива ТЭС
1.4 Применение СВЧ технологий в энергетике, в процессах сушки 19
1.5 Распространение технологии СВЧ нагрева в энергетике 28
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Описание экспериментальных стендов 29
2.2 Экспериментальные образцы 32
2.3 Методика планирования и проведения экспериментов 33
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 35
3.1 Зажигание частиц древесного биотоплива 35
3.2 Времена задержки воспламенения 42
3.3 Теоретическая оценка влияния микроволнового воздействия на температуру 45
частиц древесины
3.4 О применимости результатов экспериментальных и теоретических 48
исследований в реальной практике
4 ФИНАНОСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
4.1 Планирование управление научно-техническим проектом 51
4.1.1 Перечень работ и оценка времени их выполнения 51
4.2 Смета затрат 52
4.2.1 Материальные затраты 53
4.2.2 Амортизация компьютерной техники и экспериментального 53
оборудования
4.2.3 Затраты на заработную плату 56
4.2.4 Затраты на социальные отчисления 57
4.2.5 Прочие затраты 58
4.2.6 Накладные расходы 58
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1 Введение 64
5.2 Производственная безопасность 65
5.3 Вредные факторы 65
5.3.1 Недостаточная освещенность 65
5.3.2 Нарушение микроклимата оптимальные и допустимые параметры 69
5.3.3 Повышенный уровень шума 70
5.3.4 Повышенный уровень электромагнитного излучения, ПДУ, СКЗ, СИЗ 71
5.4 Анализ опасных производственных факторов 73
5.4.1 Электробезопасность 73
5.4.2 Пожаробезопасность 74
5.5 Экологическая безопасность 78
5.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 82
Приложение А Наименование раздела на иностранном языке 90
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1 Внедрение СВЧ в большую энергетику. Теплофизические основы СВЧ - энергетики
1.2 Современное состояние теории и практики процессов воспламенения 14
и горения топливных частиц в условиях сложного нагрева
1.3 Разработка технологий эффективного сжигания биомассы в качестве топлива ТЭС
1.4 Применение СВЧ технологий в энергетике, в процессах сушки 19
1.5 Распространение технологии СВЧ нагрева в энергетике 28
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Описание экспериментальных стендов 29
2.2 Экспериментальные образцы 32
2.3 Методика планирования и проведения экспериментов 33
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 35
3.1 Зажигание частиц древесного биотоплива 35
3.2 Времена задержки воспламенения 42
3.3 Теоретическая оценка влияния микроволнового воздействия на температуру 45
частиц древесины
3.4 О применимости результатов экспериментальных и теоретических 48
исследований в реальной практике
4 ФИНАНОСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
4.1 Планирование управление научно-техническим проектом 51
4.1.1 Перечень работ и оценка времени их выполнения 51
4.2 Смета затрат 52
4.2.1 Материальные затраты 53
4.2.2 Амортизация компьютерной техники и экспериментального 53
оборудования
4.2.3 Затраты на заработную плату 56
4.2.4 Затраты на социальные отчисления 57
4.2.5 Прочие затраты 58
4.2.6 Накладные расходы 58
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1 Введение 64
5.2 Производственная безопасность 65
5.3 Вредные факторы 65
5.3.1 Недостаточная освещенность 65
5.3.2 Нарушение микроклимата оптимальные и допустимые параметры 69
5.3.3 Повышенный уровень шума 70
5.3.4 Повышенный уровень электромагнитного излучения, ПДУ, СКЗ, СИЗ 71
5.4 Анализ опасных производственных факторов 73
5.4.1 Электробезопасность 73
5.4.2 Пожаробезопасность 74
5.5 Экологическая безопасность 78
5.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 82
Приложение А Наименование раздела на иностранном языке 90
В Европейском союзе в последние 30 лет происходит переход от традиционных источников энергии, таких как уголь, газ и атомная энергия, к нетрадиционным возобновляемым источникам, таким как ветрогенераторы и солнечные электростанции [1]. Однако, этот переход стал проблемой из-за отсутствия эффективных систем хранения электрической энергии [2,3]. Это ограничивает возможность использования вырабатываемой ветрогенераторами и солнечными электростанциями энергии [4,5]. Отказ от использования угольных и атомных электростанций приводит к значительному снижению экономического роста в Западной Европе. В этой связи древесная биомасса становится перспективным возобновляемым источником энергии. Она может использоваться в качестве топлива как для типичных отходов лесоперерабатывающего комплекса, так и для отходов сельского хозяйства [7,8]. Древесная биомасса может быть использована в качестве энергоносителя в относительно короткий период времени [9]. При сжигании древесной биомассы образуется диоксид углерода, но он не нарушает баланса диоксида углерода в атмосфере [10]. Эксперименты показали [11,12], что при горении древесины образуется значительно меньше оксидов азота и серы по сравнению с горением угля [13-15]. Но к настоящему времени древесная биомасса достаточно мало используется в тепло- и электрогенерации. Последнее связано с тем, что разработка технологии эффективного сжигания биомассы в топках паровых и водогрейных котлов достаточно сложная задача, решение которой в общем виде пока не получено. Так, например, доля котельного оборудования, сжигающего биомассу (в том числе и как добавку к углю), в мире не превышает 10 % [16]. Это обусловлено в первую очередь высокой влагонасыщенностью древесины в ее исходном (после валки дерева) состоянии [17]. При этом известно [17], что сушка любого топлива и древесной самый энергозатратный процесс на тепловых электрических станциях (ТЭС).
Кроме этого, процедуры влагоудаления проводится, как правило, в объемных хранилищах силосного типа [18]. Последнее существенно увеличивает капитальные затраты (на металлоконструкции непосредственно самого бункера и здания бункерного отделения ТЭС) при проектировании и строительстве ТЭС. При этом по результатам экспериментов [19] установлено, что внтурипоровая влага существенно тормозит процесс термической подготовки и зажигания частиц древесины и, соответственно, увеличивает механический недожог топлива. В этих условиях можно сказать, что проведение процедуры влагоудаления приемлемо проводить непосредственно в топочном устройстве при высокотемпературном нагреве потока частиц влажной древесной биомассы. В первую очередь для этого необходимо организовывать в топочном пространстве вихревые зоны постоянной рециркуляции топливного факела по аналогии с топками конструкции Шершнева (рис. 1) [20]. Также следует отметить, что одним из возможных вариантов улучшения характеристик (уменьшение характерных времен процесса) зажигания и горения является сжигание топлива в условиях воздействия на факел топлива физических полей: электромагнитное [21, 22], заряженных частиц [23] или звуковое [24].
Наиболее перспективным из таковых считается (по мнению экспертов [25]) технология сжигания высоковлажного и низкосортного топлива (к которым относится древесная биомасса) в условиях микроволнового воздействия. В результате добавления СВЧ-излучения на слой влагонасыщенного топлива в условиях интенсивного радиационно-конвективного воздействия существенно ускоряется процесс испарения воды. В результате стадия сушки (по терминологии [26]) топливной частицы существенно сокращается, и,
соответственно, весь процесс термической подготовки интенсифицируется. Но до настоящего времени систематических экспериментальных и теоретических исследований влияния микроволнового воздействия при воспламенении частицы влажной древесной биомассы практически не проводилось. Поэтому целесообразны исследования с целью сопоставления в условиях такого 10
воздействия характеристик зажигания частиц сухой и влажной древесины. По этой причине целью работы является установление по результатам экспериментов основных закономерностей процессов зажигания частиц древесной биомассы в условиях СВЧ воздействия при высокотемпературном радиационно-конвективном нагреве.
Актуальность
В настоящее время стараются нанести наименьший ущерб экологии. Благодаря этому было решение изучить и провести опыты со сложным комбинированным нагревом частиц древесной биомассы включающую в себя (конвективный, радиационный и нагрев с помощью сверх высоких частот). Основной принцип микроволнового зажигания заключается в том, что микроволны способны проникать сквозь древесные частицы и вызывать их быстрое зажигание при небольших температурах. Этот процесс достигается с помощью микроволновой печи, способной фокусировать микроволны на частицах древесиной биомассы. Как только частицы нагреются до определенной температуры, они воспламенятся. Наконец, этот процесс намного безопаснее традиционных методов, поскольку при нем не образуется открытого пламени или искр, которые могут вызвать возгорание.
Одним из основных преимуществ в комбинированном нагреве с помощью микроволнового зажигания древесных частиц является то, что оно позволяет снизить выбросы оксида азота в атмосферу, тем самым нанеся наименьший вред экологии, чем традиционные методы сжигания
Кроме этого, процедуры влагоудаления проводится, как правило, в объемных хранилищах силосного типа [18]. Последнее существенно увеличивает капитальные затраты (на металлоконструкции непосредственно самого бункера и здания бункерного отделения ТЭС) при проектировании и строительстве ТЭС. При этом по результатам экспериментов [19] установлено, что внтурипоровая влага существенно тормозит процесс термической подготовки и зажигания частиц древесины и, соответственно, увеличивает механический недожог топлива. В этих условиях можно сказать, что проведение процедуры влагоудаления приемлемо проводить непосредственно в топочном устройстве при высокотемпературном нагреве потока частиц влажной древесной биомассы. В первую очередь для этого необходимо организовывать в топочном пространстве вихревые зоны постоянной рециркуляции топливного факела по аналогии с топками конструкции Шершнева (рис. 1) [20]. Также следует отметить, что одним из возможных вариантов улучшения характеристик (уменьшение характерных времен процесса) зажигания и горения является сжигание топлива в условиях воздействия на факел топлива физических полей: электромагнитное [21, 22], заряженных частиц [23] или звуковое [24].
Наиболее перспективным из таковых считается (по мнению экспертов [25]) технология сжигания высоковлажного и низкосортного топлива (к которым относится древесная биомасса) в условиях микроволнового воздействия. В результате добавления СВЧ-излучения на слой влагонасыщенного топлива в условиях интенсивного радиационно-конвективного воздействия существенно ускоряется процесс испарения воды. В результате стадия сушки (по терминологии [26]) топливной частицы существенно сокращается, и,
соответственно, весь процесс термической подготовки интенсифицируется. Но до настоящего времени систематических экспериментальных и теоретических исследований влияния микроволнового воздействия при воспламенении частицы влажной древесной биомассы практически не проводилось. Поэтому целесообразны исследования с целью сопоставления в условиях такого 10
воздействия характеристик зажигания частиц сухой и влажной древесины. По этой причине целью работы является установление по результатам экспериментов основных закономерностей процессов зажигания частиц древесной биомассы в условиях СВЧ воздействия при высокотемпературном радиационно-конвективном нагреве.
Актуальность
В настоящее время стараются нанести наименьший ущерб экологии. Благодаря этому было решение изучить и провести опыты со сложным комбинированным нагревом частиц древесной биомассы включающую в себя (конвективный, радиационный и нагрев с помощью сверх высоких частот). Основной принцип микроволнового зажигания заключается в том, что микроволны способны проникать сквозь древесные частицы и вызывать их быстрое зажигание при небольших температурах. Этот процесс достигается с помощью микроволновой печи, способной фокусировать микроволны на частицах древесиной биомассы. Как только частицы нагреются до определенной температуры, они воспламенятся. Наконец, этот процесс намного безопаснее традиционных методов, поскольку при нем не образуется открытого пламени или искр, которые могут вызвать возгорание.
Одним из основных преимуществ в комбинированном нагреве с помощью микроволнового зажигания древесных частиц является то, что оно позволяет снизить выбросы оксида азота в атмосферу, тем самым нанеся наименьший вред экологии, чем традиционные методы сжигания
Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что применение дополнительных СВЧ-воздействий значительно ускоряет и стабилизирует процессы горения и сгорания частиц древесины. При этом было установлено, что наибольшее влияние от использования СВЧ-подсветки топлива в процессе горения достигается в условиях низкотемпературного нагрева. Таким образом, микроволновая энергетика позволяет создавать топки для сжигания топлива при более низких температурах, значение которых ниже уровня образования оксидов серы и азота.
По результатам проведенных экспериментов установлено, что эффективность микроволнового воздействия возрастает при зажигании влагонасыщенной биомассы. Последнее создает предпосылки возможности сжигания влажной (без проведения процедуры предварительной термической подготовки - сушки) древесной биомассы в топочных устройствах. При этом, как установлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований, сжигание влагонасыщенных топлив приводит к значительному секвестрованию оксидов серы и азота.
По результатам проведенных экспериментов установлено, что эффективность микроволнового воздействия возрастает при зажигании влагонасыщенной биомассы. Последнее создает предпосылки возможности сжигания влажной (без проведения процедуры предварительной термической подготовки - сушки) древесной биомассы в топочных устройствах. При этом, как установлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований, сжигание влагонасыщенных топлив приводит к значительному секвестрованию оксидов серы и азота.