Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Газоснабжение передвижных битумоплавильных агрегатов с открытой топкой

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Черкасов А.В.

Санкт-Петербург - 2007

Работа выполнена на кафедре «Теплогазоснабжение» ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Мариненко Елена Егоровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Воликов Анатолий Николаевич

кандидат технических наук

Батуев Сергей Петрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При ведении работ по созданию и ремонту усовершенствованных дорожных одежд, изоляции сварных стыков трубопроводов, созданию защитных покрытий железобетонных элементов подземных инженерных сетей и других изоляционных работах подготовка битумсодержащих материалов производится в специальных битумоплавильных котлах. Характер ведения работ вынуждает использовать передвижные агрегаты, что в значительной мере ограничивает использование стационарных энергоресурсов.

Наиболее широкое распространение получили битумоплавильные агрегаты, использующие для разогрева энергию сжигаемой древесины и древесных отходов, жидкого и газообразного топлива и электроэнергии.

В ходе экспериментальных исследований, проведенных на базе лаборатории кафедры «Теплогазоснабжение» ВолгГАСУ, доказано, что сжигание древесины приводит к неравномерному распределению температурных полей, вызывая локальный перегрев битумных материалов. При этом удаляемые продукты сгорания оказывают значительное отрицательное экологическое воздействие, а процесс разогрева практически не поддается регулированию и автоматизации, требуя значительных ресурсов на подготовку дров. Эксплуатация агрегатов на жидком топливе и электрической энергии требует высоких капитальных затрат и наличия источника электроэнергии на месте производства работ. Существующие модели битумоплавильных агрегатов, использующих газообразное топливо, не всегда отвечают современным требованиям и не могут работать на нескольких видах газа. В связи с этим целесообразно совершенствование существующих методов разогрева битумных материалов в полевых условиях путем замены используемых источников тепловой энергии газообразными видами топлива и усовершенствования системы газоснабжения битумоплавильных агрегатов для обеспечения требуемых параметров технологического процесса при минимальном воздействии на окружающую среду с учетом уменьшения эксплуатационных затрат.

Условия эксплуатации и конструкции агрегатов, используемых для разогрева вязких материалов, предъявляют повышенные требования к газогорелочным устройствам, что не позволяет использовать серийно выпускаемые горелки. Отсутствуют критерии выбора газогорелочных устройств низкого давления для агрегатов с открытой топкой, обеспечивающих равномерный разогрев материалов. Существующие методики расчета конструкционных параметров горелок не учитывают геометрических характеристик топочного пространства конкретных агрегатов, возможности попеременного сжигания газов с различной теплотой сгорания, динамического изменения давления в топке. Не в полной мере изучены технологические решения по двухстадийному разогреву материалов с применением компримированных газообразных топлив.

Достижение максимальной экономии капитальных средств, затрачиваемых на разогрев битумсодержащих материалов, возможно при использовании не только традиционных видов газообразного топлива (природный газ, паровая фаза СУГ), но и альтернативных, например, биогаза полигонов твердых бытовых отходов (ТБО). В крупных городах полигоны ТБО часто находятся в ведении муниципальных унитарных предприятий, которые занимаются строительством и ремонтом асфальтобетонных дорожных покрытий. Часто неподалеку от полигона располагаются автодорожные строительные управления и базы.

Актуальна разработка методологических основ определения геометрических размеров топочного пространства агрегата и параметров горелочного устройства в зависимости от вида сжигаемого газа с учетом условий работы, производительности и конструкции передвижных агрегатов, диапазона устойчивой работы при динамическом изменении ветровых нагрузок.

Работа выполнялась в рамках подпрограмм «Регулирование качества окружающей природной среды» и «Отходы» в составе федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 годы)»; договора о научно-техническом сотрудничестве между Волгоградской государственной архитектурно-строительной академией (в настоящее время ВолгГАСУ) и Муниципальным унитарным предприятием по благоустройству Красноармейского района г. Волгограда (в настоящее время ООО «Благоустройство»); подпрограммы «Автомобильные дороги» в составе федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)».

Цель работы - разработка и исследование эффективных способов газоснабжения агрегатов для разогрева битумных материалов с использованием традиционных и альтернативных газообразных топлив, обеспечивающих требуемые технологические параметры, минимизацию негативной экологической нагрузки газоиспользующих агрегатов и полигонов ТБО, снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Поставленная цель работы достигалась решением следующих задач:

- исследование работы систем газоснабжения битумоплавильных агрегатов с открытыми топками при сжигании традиционных и альтернативных газообразных топлив и выявление оптимального типа газогорелочного устройства;

- разработка конструкции системы газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов, обеспечивающей попеременное сжигание нескольких газов с различными характеристиками и учитывающей условия эксплуатации газовых горелок на открытом воздухе;

- экспериментальное определение влияния геометрических характеристик топочного пространства передвижных битумоплавильных агрегатов на конструктивные особенности газогорелочных устройств;

- разработка методики определения оптимальных параметров и конструктивных особенностей газогорелочных устройств для битумоплавильных агрегатов с учетом условий эксплуатации и практических рекомендаций по усовершенствованию процесса разогрева битума в передвижных котлах;

- оформление предложенной методики в удобную для использования форму в виде программной оболочки в среде Windows ©.

Основная идея работы в разработке методики конструирования систем газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов с открытой топкой, предназначенных для сжигания как традиционных, так и альтернативных газообразных топлив.

Методы исследования включали в себя аналитическое обобщение научных и технических результатов, технологических разработок; физическое моделирование; экспериментальные исследования; обработку опытных данных методами математической статистики.

Достоверность научных положений, выводов и предложенных рекомендаций обоснована планированием необходимого объема экспериментов, соблюдением критериев подобия при моделировании изучаемых процессов, удовлетворительной сходимостью полученных опытных данных, проверкой результатов экспериментальных исследований на действующих образцах.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- усовершенствована система газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов с целью использования различных взаимонезаменяемых горючих углеводородных газов;

- выработаны критерии выбора газогорелочных устройств для сжигания традиционных и альтернативных газовых топлив, учитывающие условия эксплуатации на открытом воздухе без привлечения дополнительных источников энергии;

- получены экспериментальные уравнения по определению параметров топочной части, конструктивных размеров горелочных насадков и времени разогрева битума, на основании которых разработана методика выбора оптимальных параметров системы газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов с открытой топкой;

- определены режимы устойчивой работы газогорелочных устройств при сжигании традиционных и альтернативных газообразных топлив в открытых топках передвижных битумоплавильных котлоагрегатов.

- разработан программный комплекс расчета топочной части битумоплавильных агрегатов «БАМП v1.0», имеющий дружественный визуальный интерфейс и предназначенный для работы в среде операционной системы Microsoft Windows ©.

Практическая ценность работы:

- разработана система газоснабжения передвижных агрегатов с открытой топкой, обеспечивающая устойчивое сжигание традиционных и альтернативных газообразных топлив при динамическом изменении ветровых воздействий;

- разработана комплексная система снижения экологического воздействия полигонов ТБО и экономии традиционных природных ресурсов за счет использования систем активной дегазации с последующей утилизацией биогаза;

- предложена схема технологического цикла разогрева материалов, состоящая из двух стадий: начального разогрева с использованием стационарного источника газа и последующего поддержания требуемой температуры битумных материалов за счет сжигания баллонного газа;

- разработаны рекомендации по компримированию и использованию сжатого биогаза полигонов твердых бытовых отходов;

- разработана принципиальная схема комплексной системы автоматизации работы битумоплавильного котла.

Реализация результатов работы:

- по предлагаемой методике в ряде предприятий и организаций запроектированы, изготовлены и внедрены системы газоснабжения с диффузионными газовыми горелками для передвижных битумоплавильных агрегатов, которые успешно прошли испытания и эксплуатируются в настоящее время, что документально подтверждается соответствующими актами и справками;

- программа «БАМП v1.0» используется в качестве основного программного обеспечения для расчета топочной части при проектировании новых и переоборудовании эксплуатируемых битумоплавильных агрегатов в ООО «Благоустройство» Красноармейского района г. Волгограда;

- внедрена и применена установка по приготовлению битума с диффузионными горелками в МГП-4 ОАО «Волгоградгоргаз», работающая на природном и сжиженном баллонном газе;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Теплогазоснабжение» ВолгГАСУ в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

На защиту выносятся:

- система газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов с открытой топкой без использования принудительной подачи воздуха;

- результаты экспериментальных исследований по выбору типа газогорелочного устройства в зависимости от параметров работы агрегата;

- конструкция газогорелочного устройства, обеспечивающая непрерывность технологического процесса при изменении вида газа и обладающая повышенными ветроустойчивыми характеристиками;

- методика выбора оптимальных параметров топочной части передвижных и стационарных агрегатов для разогрева материалов с открытой топкой;

- экспериментальные зависимости выбора конструктивных геометрических параметров диффузионных горелок и топочной части передвижных газопотребляющих агрегатов с открытой топкой;

- рекомендации по ведению двухстадийного технологического процесса разогрева и поддержания рабочей температуры материалов за счет сжигания альтернативных и традиционных газообразных видов топлива;

- комплексная система активной дегазации полигонов ТБО и утилизации извлекаемого биогаза в передвижных агрегатах с открытыми топками.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на III-V Международных научных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» Волгоград 2004-2006; VII-X Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области по направлению №16 «Экология, охрана среды, строительство», Волгоград 2002-2005; Ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ, Волгоград 2005-2006.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах, в том числе одна статья в издании, входящем в список журналов, рекомендуемых ВАК для публикации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Результаты исследований представлены на 165 страницах основного текста, включают 20 рисунков, 23 таблицы, список использованной литературы из 149 наименований. Объем приложений составляет 15 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Выбор типа и количества газовых горелок системы газоснабжения, их размещение и организация процесса сгорания зависят от особенностей теплового режима работы битумной установки. К газогорелочным устройствам передвижных битумоплавильных агрегатов с открытой топкой, предъявляются следующие требования:

· надежная, простая и безопасная в эксплуатации конструкция газогорелочного устройства; стойкость к динамическим механическим воздействиям;

· возможность работы в условиях эксплуатации передвижных и стационарных котлов без принудительной подачи воздуха в зону горения;

· полное сжигание топлива с наименьшим избытком воздуха при минимальном негативном воздействии на окружающую среду;

· широкие пределы регулирования тепловой мощности и характеристик газового факела с учетом индивидуальных особенностей конструкции агрегата;

· устойчивая работа в широком диапазоне изменения ветрового давления;

· удобство зажигания; поддержание необходимых соотношений топлива и окислителя во всем диапазоне изменения нагрузок и режимных параметров.

При эксплуатации агрегатов с открытой топкой возможен отрыв пламени от горелки и его погасание. Он происходит при резких порывах ветра, розжиге или выключении горелок, вследствие быстрого изменения нагрузки или при резком увеличении разрежения в топке.

Недопустимым является проскок пламени внутрь смесителя горелки, который приводит к погасанию пламени и выбросу несгоревшей смеси в топку. В горелках передвижных битумоплавильных агрегатов вероятность проскока зависит от вида газа, нормальной скорости распространения пламени, содержания первичного воздуха в газовоздушной смеси, размеров огневых каналов. Для борьбы с проскоком пламени внутрь горелки при работе на низком давлении следует снижать коэффициент первичного воздуха в подготовленной газовоздушной смеси или использовать диффузионное сжигание.

На надежность работы многофакельных горелок оказывает влияние расстояние между отверстиями. Расстояния между газовыпускными отверстиями в горелке выбраны так, чтобы было обеспечено надежное зажигание факелов друг от друга, при этом отсутствовало их слияние.

Для изучения работы газогорелочных устройств в зависимости от геометрических и конструктивных параметров разработана экспериментальная модель битумоплавильного агрегата с учетом критериев геометрического и теплового подобий (рис. 1). Для определения оптимального номинального соотношения геометрических параметров горелочного устройства и топочного пространства проведены экспериментальные исследования. Изучено влияние ветрового давления на работу горелок в агрегатах с открытой топкой.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема экспериментальной установки по исследованию горелок

Исследования проводились с помощью однофакторных экспериментов, планов типа 2^k, дробных реплик, латинского квадрата и композиционных планов. Наилучшее соотношение исследуемых факторов определялось методом крутого восхождения по поверхности отклика.

Для оценки газогорелочных устройств выбраны критерии технологического и конструкционного соответствия, экономической эффективности, экологического воздействия и ветровой устойчивости. На начальном этапе исследовались горелки инфракрасного, инжекционного и диффузионного типа. Эксперименты показали хорошее соответствие работы диффузионных и инжекционных горелок требованиям технологического цикла. При этом изменение коэффициента избытка первичного воздуха не оказывает заметного воздействия на разогрев.

Экологическая нагрузка при работе горелок оценивалась по составу отводимых продуктов сгорания. Наибольшее негативное воздействие оказывает диффузионное сжигание, что объясняется затруднениями при доступе воздуха в зону горения. При этом показатели не выходят за пределы норм для промышленных горелок. Инжекционные горелки низкого давления имеют наихудшие показания по выбросам оксидов азота (в пересчете на NO₂). Наиболее экологически безопасным является сжигание подготовленных газовых смесей в газогорелочных устройствах инфракрасного типа. газоснабжение битумоплавильный сжигание

Расчеты загрязнения атмосферы выбросами передвижного агрегата доказали, что при самых экологически неблагоприятных режимах работы максимально возможная концентрация выделяющихся вредных веществ не превышает нормативов разовой ПДК для населенных мест. Все рассмотренные газогорелочные устройства могут применяться в агрегатах с открытой топкой, не оказывая при этом значительного негативного воздействия на окружающую среду и персонал, работающий с агрегатом. Оценка экологического воздействия горелок различного типа приведена в табл. 1.

Эксплуатационные затраты диффузионных и инжекционных газогорелочных устройств одинаковы при постоянной работе на одном виде топлива. При смене вида газа для инжекционных горелок необходима замена инжектирующего сопла. Горелки инфракрасного типа требуют высоких затрат при эксплуатации, так как их теплоизлучающая поверхность при работе на открытом воздухе засоряется и требует периодической разборки для очистки.

Сравнение конструктивных особенностей газогорелочных устройств показывает, что наилучшими характеристиками обладают диффузионные горелки вследствие широких диапазонов регулирования тепловой нагрузки и светимости факела, возможности замены вида газа без изменения конструкции. Они обладают высокой механической прочностью и могут устанавливаться на агрегаты с топкой любого объема и формы.

Изучение влияния ветрового давления на работу газовых горелок в агрегатах с открытой топкой проведено для скоростей ветра в сечении до 15 м/с. Исследования показали, что набегающие струи вызывают дестабилизацию работы инжекционных и инфракрасных горелок при скорости ветра свыше 0,3-0,5 м/с, диффузионных - свыше 0,4-0,6 м/с. Ветровой подпор в топке делает возможным проскок пламени в смеситель горелок предварительного смешения. При этом резко падает температура излучающего насадка, снижая мощность лучистого теплового потока.

Т а б л и ц а 1 Результаты расчета загрязнения атмосферы выбросами при работе битумоплавильного агрегата	Конц-ия в рабочей зоне (x=15 м), мг/м3	NO2	0,0021 (5,25)	0,0055 (13,8)	0,0083 (20,8)	0,0133 (33,2)	0,0131 (32,8)	0,0157 (39,3)	0,0121 (30,3)	0,0104 (26)	0,04	100	П р и м е ч а н и е: в скобках указано значение концентрации компонента, % ПДК
		CO	0,0005 (0,02)	0,004 (0,13)	0,0211 (0,7)	0,0308 (1,0)	0,0499 (1,7)	0,047 (1,6)	0,0721 (2,4)	0,06368 (2,1)	3	160
	Конц-ия в зоне эксплуа-тации (x=1 м), мг/м3	NO2	0,002	0,0053	0,0081	0,0128	0,0126	0,015	0,0116	0,0099	Среднесуточная ПДК веществ в атм. воздухе, мг/м3	Содержание веществ в сухих неразбавленных уходящих газах, мг/м3
		CO	0,0005	0,0038	0,0204	0,0295	0,0477	0,0449	0,0687	0,0606
	Содержание компонентов в продуктах сгорания, мг/м3	NOx	10,27	14,38	28,76	34,92	30,81	36,97	26,70	22,59
		NO	3,95	7,9	19,74	23,69	19,74	27,64	15,8	11,85
		CO	2,5	10	70	77,5	112,5	106,3	153	133
	Горелка	ГИМм-2	Радиант-15м	Конфорочная	ГУК	Однофакельная	Двухфакельная	Однофакельная	Многофакельная
	Тип ГГУ	Инфракр.	Инжекц.	Диффуз.

Данные экспериментальных исследований в агрегатах с открытой топкой при сжигании природного газа, СУГ и биогаза полигонов ТБО показали, что отрыв пламени в инфракрасных горелках ветроустойчивого типа происходит при скорости ветра 3,9-4,9 м/с; тоже со стабилизирующей сеткой - 2-3 м/с; в инжекционных горелках - 4,3-5 м/с. Диффузионные горелки при скорости до ветра до15 м/с не подвержены проскоку. Опрокидывание тяги ухудшает работу горелок инжекционного и инфракрасного типа, затрудняя создание газовоздушных смесей требуемого состава, что приводит к погасанию пламени.

При диффузионном сжигании газа в агрегатах с отрытыми топками основную опасность представляет ветровое воздействие на корень факела. Для обеспечения непрерывной работы горелки при транспортировке газопотребляющего агрегата и производстве работ предлагается установка ветрозащитного экрана, обеспечивающего стабильное горение крайних факелов в многофакельной горелке диффузионного типа. При этом крайние факелы играют роль запального устройства, производящего розжиг всей горелки при соблюдении конструктивных условий обеспечения беглости огня.

По совокупности оцениваемых параметров оптимальным и наиболее рациональным решением для передвижных и стационарных агрегатов с отрытой топкой является установка газовых горелок диффузионного типа.

На работу агрегатов с установленными диффузионными горелками оказывают влияние геометрические и конструктивные параметры горелочных насадков, топочного пространства, теплотехнические характеристики теплообменной поверхности и параметры сжигаемого газообразного топлива. Для унификации полученных результатов исследовались соотношения геометрических параметров горелок и топочного пространства агрегата, что позволяет использовать полученные зависимости применительно к любой модели передвижного или стационарного агрегата малой производительности с отрытой топкой.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что высота газовыпускных отверстий и угол раскрытия между рядами перфорации не оказывают существенного влияния на процесс разогрева материалов.

По результатам экспериментальных исследований получены зависимости, позволяющие определить минимальную высоту топочного пространства из условий полного развития газового факела при диффузионном сжигании. Для горелки с углом между рядами перфорации 180 минимальная высота топочного пространства агрегата, м, определяется по формуле:

, (1)

Номинальная относительная длина факела при максимальной тепловой нагрузке определена экспериментально.

На основании проведенных исследований получены данные, позволяющие определить расстояния между осями газовых отверстий в зависимости от их диаметра, обеспечивающие беглость огня и отсутствие слияния факелов при сжигании сетевого природного газа, паровой фазы сжиженных углеводородных газов и биогаза полигонов ТБО. Для отверстий диаметром d_г=4 мм расстояния составили s_г=20 мм, диаметром 3 мм - 18 мм, диаметром 2 мм - 15 мм.

По данным экспериментальных исследований длина газораспределительного коллектора, оптимальная для равномерного распределения тепловой энергии по теплообменной поверхности, лежит в диапазоне 65-85 % длины топки.

На основании экспериментальных исследований для каждого вида сжигаемого газа получены зависимости, позволяющие определить геометрические и конструктивные параметры горелок в зависимости от требуемого времени разогрева материала и размеров агрегата, топочное пространство которого имеет форму полуцилиндра или параллелепипеда. Диаметр газовыпускных отверстий (2) и газораспределительного коллектора (3), м, при работе на природном газе:

; (2)

. (3)

В эксплуатационной практике встречаются агрегаты, имеющие широкое топочное пространство. В них рационально использование диффузионных горелок с несколькими газораспределительными коллекторами. При фронтальном расположении буферного коллектора тепловая энергия равномерно распределяется, не ухудшая условий подвода вторичного воздуха. На основании проведенных экспериментальных исследований получена зависимость, устанавливающая связь между диаметром газовыпускных отверстий с геометрическими параметры огневых насадков, топочного пространства, временем разогрева материала и видом сжигаемого газообразного топлива:

. (4)

Для охвата передвижных газопотребляющих агрегатов с отрытой топкой, имеющих произвольную, геометрически правильную форму, проведены исследования по оценке работы газогорелочных устройств диффузионного типа в зависимости от объема топочного пространства и площади нагреваемой теплообменной поверхности. По результатам опытов для каждого вида газообразного топлива получены экспериментальные и графические зависимости (рис. 2), устанавливающие связь между геометрическими параметрами топочной части, конструктивными размерами газовой горелки и временем разогрева. Для природного газа относительное время разогрева:

. (5)



Рис. 2. Зависимость времени разогрева битума от w^/, V^/ при сжигании сетевого природного газа в агрегатах с произвольной формой топки

Для обеспечения непрерывной и безопасной работы при сжигании газообразных видов топлива разработана схема автоматизации передвижного битумоплавильного агрегата. В виду того, что эксплуатируемые и проектируемые агрегаты отличаются разнообразием конструкций, для унификации предложено использование типовой системы автоматики, серийно выпускаемой отечественными производителями. За основу принят блок автоматического регулирования БРРГ-1Э, который может быть использован на всех типах передвижных газопотребляющих котлов циклического типа после незначительной модернизации под конкретные условия работы и конструктивные особенности агрегата.

Экономия топлива при работе агрегата, оборудованного системой автоматизации, происходит за счет автоматического аналогового регулирования тепловой мощности газогорелочного устройства в зависимости от требуемой температуры битума.

На основании проведенных экспериментальных и аналитических исследований разработана методика выбора оптимальных параметров системы газоснабжения битумоплавильных агрегатов с открытой топкой, как находящихся в эксплуатации, так и вновь проектируемых, и ее отдельных элементов (газогорелочных устройств). Методика создана с учетом требований технологического процесса разогрева, надежности и безотказности работы, обеспечения норм экологической безопасности, минимизации эксплуатационных затрат. Принципиальная схема предложенной методики представлена на рис. 3.

Предлагаемая методика может быть использована для любых передвижных агрегатов, работающих на биогазе, сетевом природном газе, СУГ или их смесях. По разработанной методике произведен расчет реальной горелки, которая была установлена в действующий битумоплавильный агрегат и в настоящее время эффективно работает (рис. 4).

Предложена принципиальная схема производственного процесса разогрева материалов в передвижных агрегатах, учитывающая начальный разогрев на месте базирования, последующую транспортировку и повторный разогрев и поддержание требуемой температуры.

Разработаны практические рекомендации по выбору метода разогрева в зависимости от вида используемого газообразного топлива, удаления места производства работ от базы и иных факторов. Так, например, при наличии полигона ТБО c системой активной дегазации на расстоянии не более 40 км, целесообразно использование биогаза для разогрева непосредственно на полигоне и в компримированном виде в баллонах непосредственно на объектах.

Для облегчения расчетов при проектировании и конструировании новых передвижных агрегатов и переоборудовании уже эксплуатируемых разработан и составлен программный комплекс «БАМП v.1.0» для расчета топочной части с учетом результатов проведенных экспериментальных исследований. Программа написана на языке программирования Delphi (Borland ©), имеет визуальный интерфейс и предназначена для работы в среде операционной системы Microsoft Windows©.

Рис. 3. Принципиальная схема методики определения параметров системы газоснабжения и газогорелочных устройств



Рис. 4. Битумоплавильный агрегат с диффузионной горелкой: 1 - корпус агрегата; 2 - корпус горелки; 3 - демпфирующая прокладка; 4 - упор; 5 - газовыпускные отверстия; 6 - ветрозащитный экран; 7 - крепление горелки; 8 - патрубок подвода газа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение актуальной задачи обеспечения разогрева битумных материалов при производстве строительных и ремонтно-восстановительных работ. Разработана система газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов, обеспечивающая оптимальные режимы сжигания альтернативных и традиционных газообразных топлив в агрегатах малой мощности с открытой топкой. Предложено использование в качестве топлива биогаза полигонов твердых бытовых отходов, что позволяет комплексно решить проблему снижения негативного воздействия полигонов на окружающую среду и экономии традиционных ископаемых топлив.

Основные выводы по работе:

1. Усовершенствована система газоснабжения, обеспечивающая сжигание традиционных и альтернативных газообразных топлив с различными характеристиками, путем оборудования передвижных битумоплавильных агрегатов малой производительности многофакельными диффузионными горелками, работающими в широком диапазоне изменения ветрового воздействия.

2. Экспериментально определены расстояния между осями газовыпускных отверстий, обеспечивающие беглость огня и отсутствие слияния факелов для сетевого природного газа, СУГ и биогаза полигонов ТБО при работе в условиях эксплуатации битумоплавильных агрегатов малой производительности.

3. Получены экспериментальные зависимости, позволяющие определить геометрические параметры горелочного насадка (объем, площадь горелочных отверстий и т.д.) в зависимости от геометрических размеров топочной части агрегата. Экспериментально установлена минимально допустимая высота топочного пространства и оптимальная длина горелочного насадка, обеспечивающие бесперебойную работу системы газоснабжения агрегата.

4. Установлены расчетные зависимости для определения конструктивных параметров диффузионных горелок и времени разогрева материалов при сжигании различных видов газа в топках агрегатов разнообразной формы.

5. Разработана методика выбора оптимальных параметров газогорелочных устройств системы газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов в зависимости от конструктивных особенностей, производительности, вида сжигаемого газообразного топлива.

6. Разработаны схемы ведения двухстадийного технологического цикла разогрева материалов, практические рекомендации по использованию биогаза на полигонах ТБО и в компримированном виде на объекте производства работ.

7. Для ускорения и оптимизации расчета оптимальных параметров системы газоснабжения передвижных битумоплавильных агрегатов в зависимости от их геометрических размеров и форм-факторов создан расчетный программный комплекс «БАМП v1.0», имеющий дружественный визуальный интерфейс и предназначенный для работы в среде операционной системы Microsoft Windows.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

h_у - высота упора, м, на который устанавливается горелка; D_кол - диаметр подводящего газового коллектора, м; h_ф - номинальная относительная длина факела при максимальной тепловой нагрузке, м; D^/ - относительный диаметр газового коллектора , D_кол, - внутренний диаметр газового коллектора, м; h_агр - эквивалентный диаметр газопотребляющего агрегата, м; t^/ - относительное время разогрева; s_г - расстояния между осями газовыпускных отверстий, м; d^/ - относительный диаметр газовыпускных отверстий , d_г -диаметр газовыпускных отверстий, м; - площадь теплообменной поверхности, м²; Q^/ - относительная теплота сгорания рабочей массы газа , , - низшая теплота сгорания используемого и природного газа, МДж/м³; s^/ - относительное расстояние между осями рядов трубок , , - расстояние между осями рядов трубок и средняя ширина топочного пространства, м; , - общее количество горелочных отверстий; w^/ - относительная площадь горелочных отверстий ; V^/ - относительный объем газораспределительного коллектора , , -объем газораспределительного коллектора и топочного пространства, м³.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Черкасов А.В. Утилизация биогаза в битумоварочных агрегатах малой производительности [Текст] / А.В. Черкасов // VIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление №16 «Экология, охрана среды, строительство» - Волгоград, 2003.

2. Мариненко Е.Е. Снижение выбросов вредных веществ при переоборудовании газогорелочных устройств инфракрасного излучение для сжигания биогаза [Текст] / Е.Е. Мариненко, П.П. Кондауров, А.В. Черкасов // III Международная научная конференция «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды». - Волгоград, 2004.

3. Мариненко Е.Е. Система сбора, транспортировки и утилизации биогаза на полигонах твердых бытовых отходов [Текст] / Е.Е. Мариненко, Т.В. Ефремова, А.В. Черкасов // Информационный листок № 51-010-04 Волгоградского ЦНТИ. - Волгоград, 2004.

4. Мариненко Е.Е. Активная дегазация полигонов твердых бытовых отходов и энергетическая утилизация биогаза в битумоварочных агрегатах малой производительности [Текст] / Е.Е. Мариненко, А.В. Черкасов. М.: 2004. - Деп. в ВИНИТИ Российской академии наук 06.02.2004, № 205-В2004.

5. Черкасов А.В. Методика определения оптимальных параметров работы битумоварочного агрегата на модели [Текст] / А.В. Черкасов // IX Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление №16 «Экология, охрана среды, строительство». - Волгоград, 2004.

6. Пат. 2258535 Российская Федерация, МПК⁷ A 61 L 11/00, B 09 B 1/00. Устройство для извлечения биогаза для обезвреживания полигонов хранения твердых бытовых отходов [Текст] / Мариненко Е.Е., Ефремова Т.В., Черкасов А.В. и др.; заявитель и патентообл-ль Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» (ВолгГАСУ). - № 2003125540; заявл. 18.08.2003; опубл. 20.08.2005, Бюл. № 23.

7. Черкасов А.В. Оценка экологического воздействия передвижных битумоплавильных агрегатов на окружающую среду [Текст] / А.В. Черкасов, Е.Е. Мариненко, Т.В. Ефремова // IV Международная научная конференция «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды». - Волгоград, 2006.

8. Черкасов А.В. Обеспечение тепловых режимов автономной работы передвижных битумоплавильных агрегатов [Текст] / А.В. Черкасов // X Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Направление №16 «Архитектура, градостроительство, строительство и экологические проблемы» - Волгоград, 2005.

9. Мариненко Е.Е. Критерии комплексного анализа эффективности систем сбора биогаза на полигонах твердых бытовых отходов [Текст] / Е.Е. Мариненко, Т.В. Ефремова, А.В. Черкасов // Вестник ВолгГАСУ. Строительство и архитектура. Вып. 6 (21) - Волгоград, 2006 (из списка ВАК).

Размещено на Allbest.ru

...