Оглавление 10
ВВЕДЕНИЕ 12
1 Обзор литературы 15
2 Объект и методы исследования 21
3 Краткое описание методов решения математической модели 27
3.1 Программный модуль ANSYS FLUENT 27
3.2 Вычислительный пакет FIRE 3D - NOx, (111111 FIRE 3D - NOx) 29
4 Расчет выбросов оксидов азота при сжигании твердого топлива при
помощи программного продукта ANSYS FLUENT 31
4.1 Задание начальных и граничных условий 31
4.2 Особенности дискретизации объекта 34
4.3 Построение математической модели 35
4.4 Тестирование программного продукта при моделировании выбросов
оксидов азота при сжигании твердого топлива 38
4.5 Оценка эффективности и надежности работы топочной камеры
котельного агрегата на основе анализа визуальных и графических
результатов численного моделирования 38
5 Расчет выбросов оксидов азота при сжигании твердого топлива при
помощи программного продукта FIRE 3D- NOx 45
5.1 Тестирование программного продукта при моделировании выбросов
оксидов азота при сжигании твердого топлива 45
5.2 Оценка эффективности и надежности работы топочной камеры
котельного агрегата на основе анализа визуальных и графических
результатов численного моделирования 46
6 Анализ полученных результатов 52
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 57
7.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 57
7.2 Разработка устава научно-технического проекта 60
7.3 Планирование процесса управления НТИ 62
7.4 Определение ресурсной, финансовой, экономической эффективности
результатов исследования 66
8 Социальная ответственность 70
8.1 Производственная безопасность 71
8.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 76
8.3 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
Приложение А 87
Приложение Б 88
Приложение В 89
Приложение Г 90
Приложение Д 91
Приложение Е 109
РЕФЕРАТ
Магистерская диссертация включает в себя: 87 страниц, 24 рисунка, 20 таблиц, 32 источника и 6 приложений.
Ключевые слова: оксиды азота, твердое топливо, математическое моделирование, пакеты прикладных программ.
Объектом исследования был выбран паровой котел БКЗ-320-140ПТ спроектированный и изготовленный Барнаульским котельным заводом ООО «БКЗ», установленный на Иркутской ТЭЦ-3.
Цель работы - тестирование пакетов прикладных программ, позволяющих производить численное моделирование оксидов азота при сжигании твердого топлива в топочной камере котельного агрегата.
Методологической базой при проведении сравнения специальных программных продуктов, направленных на численную оценку образования оксидов азота, были выбраны заложенные в их основу математические модели, которые позволяют приближенно описать какое-либо явление и объект реального мира при помощи математики.
В процессе исследования проводились: подготовка исходных данных для создания модели, её расчет при номинальной нагрузки, расчет выбросов оксидов азота.
В результате исследования получены данные по выбросам оксидов азота в выбранных программных продуктах, построены сравнительные графики отображающие результаты тестирования.
Область применения: энергетическое машиностроение,
математическое моделирование.
Магистерская диссертация работа выполнена с использованием Microsoft Office Word 2013 шрифтом Times New Roman №14.
ВВЕДЕНИЕ
Защита окружающей среды от вредных выбросов - актуальнейшая проблема современности. Ежедневно атмосферный воздух загрязняется новыми нехарактерными для него физическими, химическими и биологическими веществами. К химическим загрязнителям окружающей среды относятся газообразные вещества и аэрозоли (оксид углерода и азота, углеводороды, диоксид серы и другие). Самым опасным из оксидов группы NO* для окружающей среды и здоровья человека является диоксид азота. Он способен приводить к существенным изменениям в организме человека и повышает риск развития онкологии.
Более сорока процентов от общего количества выбрасываемых в окружающую среду оксидов азота является продуктом горения органического топлива в энергетических котлах тепловых электрических станций (ТЭС) [1].
Ежегодно требования к экологической безопасности окружающий среды ужесточаются. Согласно ГОСТ Р 50831-95 для ТЭС, которые продолжат работу после 2016 года выбросы оксидов азота должны составлять не более 200 мг/м3 для твердых топлив (при мощности> 300 МВт).
Сегодня, для создания и внедрения на рынок нового конкурентоспособного изделия ему необходимо придать высокие потребительские качества. Для этого требуется оценить, как поведет себя выпускаемый продукт в реальных условиях эксплуатации. Проведение испытаний на прототипах - это трудоемкое, долгосрочное и дорогое занятие, которое повышает стоимость изделия. Убедиться в работоспособности выпускаемого продукта, при этом уменьшив его конечную стоимость, позволит использование инструментов компьютерного инженерного анализа для решения конструкторских задач и расчета технологических процессов (CAE-инструментов).
Целью выпускной квалификационной работы является тестирование пакетов прикладных программ, позволяющих производить численное моделирование оксидов азота при сжигании твердого топлива в топочной камере котельного агрегата.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- теоретический анализ, используемых в настоящие время, кинематических схем химических реакций образования оксидов азота;
- выбор метода решения математической модели;
- проведение вычислительного эксперимента, позволяющего протестировать и сделать вывод о точности расчётов выбросов оксидов азота путем сравнения полученных результатов с данными натурного эксперимента;
- оценка ресурсоэффективности и социальной безопасности проводимого тестирования.
В качестве методов решения математической модели были выбраны следующие пакеты прикладных программ: ANSYS FLUENT (зарубежная разработка) [2] и FIRE 3D - NO*, (отечественная разработка, Приложение А).
Объектом исследования был выбран паровой котел БКЗ-320-140ПТ спроектированный и изготовленный Барнаульским котельным заводом ООО «БКЗ», установленный на Иркутской ТЭЦ-3. Данный котельный агрегат является одним из немногих, на котором проводились натурные эксперименты в эксплуатационных условиях и были реализованы технологические способы внутритопочного подавления выбросов оксидов азота [3]. В результате достигнут предельно допустимый уровень NO* в дымовых газах для действующего котла с топкого жидкого шлакоудаления.
Практическая значимость работы заключается в выявлении наиболее подходящего пакета прикладных программ, предназначенного для расчёта выбросов оксидов азота при сжигании твердого топлива.
Область применения: энергетическое машиностроение, ТЭС.
Реализация и апробация работы. По теме диссертации опубликованы работы, представленные на следующих конференциях, форумах: Интеллектуальные энергосистемы: II Международный молодёжный форум
[4] , XXI международной научной конференции «Современные техника и технологии» [5], [6], VIII международная научно-практической конференция «Научно-технический прогресс в металлургии» [7], международной научной конференции «EPJ Web of Conferences» [8].
