Экспериментальное исследование эмиссионных свойств твердых дисперсных фаз в аэродинамическом потоке энерготехнологических агрегатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИССИОННЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ДИСПЕРСНЫХ ФАЗ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОМ ПОТОКЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Специальность 01.04.14. - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О ОКТ 2008

Казань 2008

003451329

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Таймаров Михаил Александрович

доктор технических наук, профессор, Сады ков Ренат Ахатович

доктор технических наук, профессор, Кузьмин Владимир Алексеевич

Ведущая организация:

ООО «ИЦ Энергопрогресс», г. Казань

Защита состоится 20 ноября 2008 г. в 14 часов в малом зале заседаний Ученого совета (к. «В», второй этаж) на заседание диссертационного совета Д212.082.02 при «Казанском государственном энергетическом университете» по адресу: 420066, Казань, ул. Красносельская, д. 51.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенной печатью, просим направлять по адресу: 420066. Казань, ул. Красносельская, д. 51. Ученый совет КГЭУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте КГЭУ: http://info.kgey.ru.

Автореферат разослан «16» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессоцс---'"~у2

Гильфанов К.Х.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В топках котлов, в печах металлургической, нефтехимической, металлообрабатывающей промышленности и в других высокотемпературных промышленных агрегатах теплообмен излучением является основным. Корректный расчет лучистого теплообмена в топках котельных агрегатов является неотъемлемым условием при проектировании и эксплуатации котельных агрегатов. По теории и используемым методам теплообмен излучением уже давно превратился в самостоятельную область научных исследований со своей спецификой и проблематикой. Роль теплообмена возрастает с повышением температуры излучающих объектов, эмиссионных свойств рабочих сред и их параметров. Наряду с этим возрастают требования к точности расчетов лучистого теплообмена, которые напрямую зависят от первичных радиационных характеристик материалов и параметров рабочих сред, определяемых экспериментально. В связи с большими погрешностями рекомендованного Нормативного метода котельных агрегатов существует необходимость получения новых данных по поглощательной и излучательной способности твердых дисперсных фаз рабочих сред энерготехнологических агрегатов.

Целью работы является получение новых экспериментальных данных по поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от концентрации частиц;

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от дисперсного и химического состава частиц;

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от температуры абсолютно черного тела и частиц.

Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, теории лучистого теплообмена, общей химии и физики, инфракрасной техники. Для расчетов и построения графических зависимостей использовались пакеты прикладных программ AutoCAD, Microsoft Exel и MathCad.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлен характер влияния концентрации частиц на поглощательную способность частиц твёрдых дисперсных фаз для семи конкретных образцов энерготехнологических агрегатов в диапазоне концентрации частиц от 50 до 1250 г/м3;

2. Установлен-характер влияния дисперсного и химического состава частиц на поглощательную способность частиц твёрдых дисперсных фаз для семи конкретных образцов энерготехнологических агрегатов в диапазоне концентрации частиц от 50 до 1250 г/м3;

3. Выявлены зависимости поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз рабочих сред от температуры абсолютно черного тела в диапазоне температур от 525 до 1025 К при изменении температуры частиц от 293 до 803 К;

4. Получены эмпирические формулы, пригодные для практических расчетов коэффициентов ослабления лучей твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических

агрегатов при изменении концентрации частиц, температуры абсолютно чёрного тела и частиц для исследованных шести образцов.

Достоверность результатов работы обусловлена применением и учетом современных методов теоретических и экспериментальных исследований, сопоставимостью полученных данных с другими источниками, анализом и проверкой предложенных решений на действующих теплоэнергетических предприятиях.

Практическая ценность работы заключается в полученных данных по поглощательной способности частиц твердых дисперсных фаз рабочих сред повышающих . точность расчетов лучистого теплообмена в высокотемпературных энерготехнологических агрегатах.

Реализация результатов работы. Рекомендация по интенсификации радиационного теплообмена от пылегазовых потоков рабочих сред с целью снижения затрат топлива на производство тепловой энергии.

Автор защищает:

1. Результаты проведенных исследований

2. Влияние на поглощательную способность твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов:

- концентрации частиц;

- дисперсного состава частиц;

- температуры абсолютно чёрного тела;

- температуры частиц.

Личное участие. Все результаты получены лично под научным руководством профессора, д. т. н. Таймарова М. А.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на: 17-й и 18-й Всероссийской научно- технической конференции по энергетики Михайловского военно-артиллерийского университета (филиал, г. Казань) в г. Казани, 2005 - 2006г. Также докладывались: на аспирантско - магистерских научных семинарах КГЭУ, посвященный дню энергетика в 2006 - 2007 г.; на научном семинаре молодых ученньк и специалистов в г. Казани 2006 г.; на Всероссийских межвузовских научно - технических конференциях в г. Казани, 2006 - 2007 г.; во Второй и Третьей Всероссийских молодежных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» в г. Казани, 2007 - 2008 г.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 131 страницы машинописного текста, 29 рисунка, 19 таблиц и 119 наименований в списке использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении, обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, защищаемые положения, дано описание структуры диссертации.

В первой главе выполнен обзор литературы в области исследований поглощательной и излучательной способности твердых дисперсных фаз рабочих сред высокотемпературных энерготехнологических агрегатов. Показано, что опубликованные данные различных авторов для поглощательной способности, близких химических и дисперсных составов, не согласуются между собой даже при комнатной температуре частиц 293 К., расчетные значения коэффициентов

ослабления Нормативного метода не везде подтверждается экспериментальными данными.

Проведен критический анализ публикаций по исследованиям поглощательной способности аэродисперсных потоков пылевых частиц показывающий, что из общего числа 89 марок углей, число исследованных аэродисперсных потоков по маркам углей (сланцев) не превышает 20. Показаны причины занижения расчетных значений поглощательной способности зол по Нормативному методу, по сравнению с известными экспериментальными данными для зол энергетических топлив; такими причинами являются ограниченность параметров, которые учитываются при расчете.

Обоснована необходимость проведения экспериментальных исследований поглощательной способности аэродисперсного потока пылевых частиц на моделирующих стендах при комплексном задании программы эксперимента с вариациями.

Вторая глава посвящена описанию конструкции стенда но моделированию эмиссионных свойств твердой дисперсной фазы продуктов горения, т.е. схемы и методики измерения поглощательной способности пылегазовых частиц.

Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки для исследования поглощательной способности аэродинамических потоков пылевых части:

1-тягодутьевой вентилятор; 2-термоуплотнитель; 3-печь для нагрева воздуха; 4-автотрансформатор; 5-нормальная диафрагма; 6-дифманометр; 7-термопара ХА; 8-весы; 9-экран; 10-микровольтметр; 11-дозатор; 12-входной патрубок; 13-выходной патрубок;' 14-вихресоздающие лопатки; 15-вентиль; 16-клиноременная передача; 17-эдектродвигатель; 18-автотрансформатор; 19-вольтметр; 20-рассекатель; 21-пылевая камера; 22-абсолютно черное тело; 23-приемник полного излучения ППТ-131; 24-микровольтнаноамперметр; 25-точки замера температуры пыли; 26-Циклон; 27-пробка.

Стенд состоит из пылевой камеры 21, представляющий собой аэродинамический контур замкнутого типа. В нижней части его находится циклон-пылесборник 26, а в верхней электрообоцэеваемый дозатор пыли 11. воздух в пылевую камеру подается тягодутьевым вентилятором 1 через нормальную диафрагму 5, нагреваясь в случае необходимости до нужной температуры с помощью печи 3. Весь поток может идти мимо дозатора 11, полностью или же частично через дозатор с помощью вентилей 15, благодаря чему буде изменятся концентрация частиц: Поток воздуха в дозатор поступает с помощью, установленного на крышке, входного патрубка 12, и выходит так же сверху через выходной патрубок 13, но уже с частицами исследуемых образцов. Изменение числа оборотов электродвигателя 17 производится путем регулирования напряжения источника питания переменного тока, автотрансформатор 18. Через клиноремегоюю передачу 16 происходит вращение лопаток дозатора 14, которые необходимы для создания пылевоздушной взвеси. Расход воздуха определяется по перепаду давлений на диафрагме 6. выравнивание концентрации пылевых частиц по поперечному сечению камеры производится сетчатым рассекателем 20.

Температура частиц измеряется с помощью термопар 7 в дозаторе 11 и непосредственно перед и после рабочим участком в камере 21 с помощью установленных плошек 25, создавая печью 3 температуру потока воздуха циркулирующего в экспериментальной установке такой же, как и у частиц. Сигнал с приемника излучения 23 регистрируется вторичным прибором 24 микровольтнаноамперметром. Регулирование температуры нагрева излучающей полости графитовой модели абсолютно черного тела 22 и печи для 'нагрева воздушного потока 3 производится автотрансформатором 4. Концентрация частиц в аэродисперсном потоке находится по результатам взвешивания на весах массы пыли, выпавшей в циклоне пылесборнике 26 и на тканевом фильтре тягодутьевого вентилятора 1 за определенный промежуток времени, и по измеренному расходу воздуха за этот промежуток времени.

Толщина слоя аэродисперсного потока на стенде составляет Ь = 80 мм. Для получения формул по определению эмиссионных свойств пылегазовых потоков было необходимо рассмотреть следующие уравнения.

при закрытом экране 9:

<ЗЕф1-1 + <ЗеэЕ°(Тэ) + ¿г3Еф1.2 -Еп = КСз1; (2.1)

при открытом экране 9:

¿Еф1_1 + ёе°Е°(Т0) + йЕф^ — Е„ = КСо1; (2.2)

для пылевого потока: при закрытом экране 9:

сШф2., + с!£Е°(Т) +[1-а(Т,Тэ)] <1еэЕ0(Тэ)+ [1-а(Т,Т,)]с1гэЕф2.2 - Еп = КС,2; (2.3)

при открытом экране 9 и наличии АЧТ:

сШф^ + скЕ°(Т) +[1-а(Т,Т°)] ё£°Е°(Т> П-аСВДсШф^ - Еп = КСо2; (2.4)

где с], Е°, Е„ - лролускательная способность линзы, излучение АЧТ и обратное излучение приемника; Еф1_ь ЕфЬ2 - фоновое излучение окружающей среды до и после опытного участка установки без пылевого потока; Еф2.ь Еф^ - фоновое излучение окружающей среды до и после опытного участка установки с пылевого потока;

Еа> гэ, Тэ - степень черноты, отражательная способность и температура экрана; Т°, е° -температура и степень черноты АЧТ, ё, Т - степень черноты и температура пылевого потока; К, С - постоянная и сигнал приемника; Сз1, Со1 - сигнал приемника при закрытом и открытом экране 9 без пылевого потока; Сз2, Со2 - сигнал приемника при закрытом и открытом экране 9 с пылевым поток; а(Т,Тэ) - поглощательная способность пылевого потока при температуре пылевого потока Т и температуре экрана Тэ; а(Т,Т°) - поглощательная способность пылевого потока при температуре пылевого потока Т и температуре АЧТТ0.

Из совместного решения уравнений (2.1) и (2.2) получаем:

¿cV(7°) + dE¥.2 - dz,tf(T3) + = К (Со1 - С„) = К АСú (2.5)

Из совместного решения уравнений (2.3) и (2.4) получаем:

d£0E?(T0)-a(T,T°) dz°E?(T°) + dE^.2 -a(T,T3)]dE^.z - <teJ?{T¿ + + a(T,T3)]dz¿>(T3) - dr^ + a(T,T3)]dr¿im = К(Со1-Сл) = KAC¿ (2.6) Из решения уравнений (2.5) и (2.6) следует:

a(T,f) de°£°(f) + a{T,T3)]dE^.2 - a(T,T3)]dz3 ?(Т3) -

- a(T, mdrfi^ = К(Со1-Сл) = К (ДС, - ДС2); (2.7)

Так как еэ + тэ — 1 и с погрешностью ± 3 % принимаем, что £°(Гг) = £ф2-2 = £ф2£°(7ф2) = £ф).2, то из выражений (2.5) и (2.7) имеем:

dzaE?(T°) = KACh (2.8)

a(T,f) d^EPif) = К (А С, - АС2). (2.9)

Из выражений (2.8) и (2.9) находим формулу для расчета поглощательной способности лылевоздушного потока

а(Г,7°) = К(АС,-АС2уАС,: (2.10)

Если с погрешностью ± 1 % принять E$2-¡ - -Ефм, -Ефг-г = то из совместного решения уравнений (2.10) и (2.11) следует

dsE?{T)-a{T,T3)-\dz3É¡(T3) - а(Т,Тэ^г^2-2- К (Сз2 - Сп)--КАСГ (2.11) Так как е, + г3 = 1, из выражения (11) получаем

deE°(r) - а(7]Т3)Щф2.2 = К АС3. (2.12)

С погрешностью ± 3 %, отбрасывая второй член левой части уравнения (2.12) и учитывая (2.8), для определения степени черноты пылевоздушного потока е при Т = Т° имеем

е = Б°ДСУДС,. (2.13)

Систематическая погрешность определения интегральной излучательной способности потока частиц при температуре частиц Т = 803 К и температуре абсолютно черного тела То = 1025 К, Gj.=± 11,3 %.

В третьей главе проводился дисперсный состав и химический анализ пылевых частиц рабочих сред энерготехнологических агрегатов, табл. 3.3.

Для всестороннего изучения дисперсного состава частиц в экспериментах'rió " дисперсному анализу частиц проводился ситовой анализ, весовое распределение - частиц по размерам. Процентное содержание пыли в каждой фракции определяют из соотношения (dD¡ íZdD,)\0Q, где dD¡ - масса порошка на сите, г; ~ZdD\ - суммарная масса всех фракций, г. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Расхождение между результатами двух параллельных определений массы соответствующих фракций не должно превышать 1 % от массы всей навески.

Таблица 3.3.

Исходные характеристики исследуемых образцов.

Системная принадлежность; Марка котла; Место установки агрегата и точка отбора дисперсного образца Плотность пыли р; удельная поверхность пыли Г; средний по удельной поверхности диамет <1^; медианный диаметр с1т Химический состав, % . (по массе)

Ма0-Са0-А1203-8Ю2 Котел КУ-125 Челябинский металлургический комбинат, обжиг доломита, пароперегреватель р = 2,68 г/см3 F= 0,142 м2/г <1с р= 15,78 мкм йт = 49,7 мкм М^ = 25,6; СаО = 24,5; А1г03 = 17,8; 8Ю2 = 8,8; РеА = 7,5; 2п0 = 4,9

Б Ю2-А1203-Ре203 Котел БКЗ-210-140 Казанская ТЭЦ-2 р = 2,434 г/см3 F= 0,069 м2/г ¿/ср = 35,7 мкм <Лт = 269,7 мкм 5Ю2 = 49; А1203 = 25Д; Ре203 = 15; СаО = 5,3; МэО = 2Д

8Ю2-А120З Котел УЭЧМ-67 Семилукский опгсупорный завод, после печи обжига шамоти р = 2,604 г/см3 F= 0,132 м2/г с^ср = 17,42 мкм й?т= 70,89 мкм А1А = 90; 8Ю2 = 0,9; РеА = 0,7

МБО Котел КУ-100 Запорожский огнеупорный завод, после печи обжига магнезита р = 1,756 г/см3 F= 0,116 м^г (¿ср = 29,45 мкм с[т = 34,4 мкм = 96,5

А1203 Котел КУ-60 Семилукский огнеупорный завод, после печи обжига корунда р = 3,244 г/см3 ^ = 0,082 м2/г с?Ср = 22,46 мкм </т = 29,31 мкм А1А = 96

Ыа2504 Котел СРК-700 Сыктывкарский лесопромыш-ленный комплекс, сжигание зеленого щелока р = 2,62 г/см3 0,091 м2/г ¡4р = 25,22 мкм <1т — 32,1 мкм Ыа2Б04 = 95,4

8ЮгРе203-А1203 Котел ТОП-35/40 Красноуральский медеплавильный - комбинат, после отражательных печей р = 3,297 г/см3 Р= 0,163 м2/г ¿/ср = 11,164 мкм с/т= 36,22 мкм..... 8Ю2 = 45; РеА = 26; А1А=13; СаО = 5,5; СиО = 4,2; MgO = 3

Удельной поверхностью пыли Я называется отношение поверхности всех частиц к их массе или объему. Удельная поверхность частиц в рассчитывается по формуле, м2/г:

5= (ОЛ38/р)2(ЙО,Щ) ^О+сИМ), (3.1.)

где р - плотность вещества частиц твердой фазы, г/см3; 1 = 1...П - число участков, на которые разделена кривая дисперсного состава Б(с1)\с1с1, - - Л, - разность между максимальным . и минимальным размерами частиц на ¡-м прямолинейном участке,

мкм; йй, = Д+1 — Д - количество частиц, прошедших через сито до размера включительно, %. Средний по удельной поверхности диаметр частиц (мкм) определяется как ^ = 6/р5.

Четвертая глава описывает влияние концентрации частиц на поглощающую способность твердой дисперсной фазы. Получено, что в диапазоне произведений цЬ от 4 до 100 г/м2 происходит изменение значений поглощательной способности а, с ростом концентрации частиц интенсивное возрастание замедляется. Безразмерный коэффициент ослабления лучей к не остаётся постоянным, как это должно быть по закону Бугера-Бера, а заметно снижается с ростом концентрации частицу, табл. 4.1. Этот факт может быть объяснён ростом влияния эффекта близости частиц, т. к. в опытах геометрическая толщина излучающего слоя Ь была постоянной.

Таблица 4.1.

Поглощательная (а) способность и коэффициент ослабления (к) лучей аэродисперсных потоков в зависимости от произведения частиц ¡л на геометрическую толщину слоя Ь при температурах частиц 293 К и абсолютно чёрного тела 525 К

Поглощательная способность и коэффициент ослабления лучей Произведение концентрации частиц ¡л на геометрическую толщину слоя цЬ (г/м2)

4 20 40 60 80 100

Доломитовая мука

а 0,0467 0,2068 0,3623 0,4834 0,5789 0,6561

к 0,0846 0,0816 0,0792 0,0775 0,0761 0,0752

Зола кузнецкого угля

а 0,0402 0,1693 0,2958 0,3989 0,4872 0,5625

к - 0,1747 0,1572 0,1485 0,1437 0,1414 0,1400

Пыль из бункера котла печи №2

а 0,0320 0,1223 0,2042 0,2717 0,3327 0,3867

к 0,0500 0,0400 0,0350 0,0324 0,0310 0,0300

Из представленных табличных данных видно, что в диапазоне произведений /iL от 4 до 100 г/м2 интенсивное возрастание значений поглощательной способности а замедляется с ростом концентрации частиц. Возрастание значений поглощательной способности может быть объяснён появлением многократного рассеивания, а их высокие значения объясняются наличием мелких частиц, которые в свою очередь оказывают большее влияние, чем крупные.

В пятой главе исследуется влияние , химического состава вещества частиц на коэффициенты поглощения лучей частицами твёрдой дисперсной фазы. Выявлено, что при одинаковых температурах абсолютно чёрного тела и частиц поглощательная способность образца будет отлична от других, рис. 5.1. и 5.2.

Как видно из рис. 5.1., поглощательная способность у оксида магния больше чем у остальных материалов, а у пыли из бункера котла печи №2 наименьшая, причём разница в значениях крайних образцов достигает 2,5 раза. Рассмотрим оксид магния и оксид алюминия; у этих двух компонентов одинаковы только медианные диаметры, плотность у первого в 1,847 раз меньше, чем у второго, но удельная поверхность в

1,42 раза больше. Несмотря на то, что средний диаметр у оксида магния больше на 31 %, в конечном итоге получается поглощательная способность примерно ра 22 % выше . Нужно также обратить внимание на поглощательные способности, у них больше чем у остальных. Объяснение таких высоких результатов можно отнести к их начальным способностям, т. е. химическим составом.

Рис. 5.1. Значения поглощательной способности а при температуре частиц 293 К и температуре абсолютно чёрного тела 525 К в зависимости от исследуемого материала

и концентрации частицу

Здесь и далее, в данной главе, сравнение по исследуемым материалам будет приводится при концентрации частиц в воздухе равной 800 г/м3

Используемая в инженерных тепловых расчетах оптическая толщина т = крз определялась как:

т = Лр5 = №ц£=-1п(1-а), (5.1.)

где К, к~ размерный (1/мхкгс/см2) и безразмерный коэффициенты ослабления лучей; Р - удельная поверхность частиц (м2/г); /л - концентрация частиц (г/м3); р == 1 атм -давление; 5 = 1- геометрическая толщина слоя частиц (м).

Безразмерный интегральный коэффициент ослабления лучей к частицами твердой дисперсной фазы рассчитывается как:

* = -1п(1-а)^|1£. (5.2.)

Рис. 5.2. Значения безразмерного коэффициента ослабления излучения к при температуре частиц 293 К и температуре абсолютно чёрного тела 525 К в зависимости от исследуемого материала и концентрации частиц ц

Как видно из рис. 5.2., наивысший коэффициент ослабления лучей, из материалов, участвовавших в эксперименте, присвоен оксиду магния. Пыль из бункера котла печи №2 занимает нижнюю строчку в порядке расположения коэффициента ослабления лучей твёрдых дисперсных фаз.

Из приведенных рисунков и табл. 3.3. видно, что на интегральный коэффициент ослабления лучей твердых дисперсных фаз влияют компоненты химического состава образца, их сочетания, и немалое влияние оказывает удельная поверхность частиц.

В шестой главе проводился нагрев абсолютно чёрного тела. Температура абсолютно чёрного тела достаточно сильно влияет на коэффициенты поглощения а и ослабления лучей к, рис. 6.1.

В соответствии с общей расчётной зависимостью (б.З.) для конкретных химических и дисперсных составов частиц оксида магния (1), оксида алюминия (2), зола кузнецкого угля (3), огнеупор легковес (4), доломитовая мука (5), сульфат натрия (6), пыль из бункера котла печи №2 (7) получены следующие результаты по параметрам А и п (рис.6.1.).

Данные по поглощательной способности образцов фиксировались микровольтнаяоампермеггром Ф-136 при температурах абсолютно чёрного тела от 525 К до 1025 К, с интервалом в 125 К.

Рис. 6.1. Интегральный коэффициент ослабления лучей (к) частицами твёрдо дисперсных фаз в зависимости от различной температуры абсолютно чёрного тела и произведения при температуре образцов 293 К

Из рис. 6.1. видно, что для разных образцов интегральный коэффициент ослабления лучей меняется по-разному с увеличением температуры абсолютно чёрного тела, объяснением чего служит различие Химического и дисперсного состава Для доломитовой муки к понижается на 2,1 %, для золы кузнецкого угля к повышается на 6,7 %, для огнеупора легковеса к понижается на 4 %, для оксида алюминия к повышается на 8 %, для оксида магния к понижается на 8,5 %, для сульфата натрия к понижается на 5 %, для пыли из бункера котла печи №2 к понижается на 1 %.

Для всех температур пылевых частиц и концентраций коэффициент ослабления уменьшается с увеличением длины волны излучения в диапазоне длин 2-8 мкм.

kx = dXa, (6.1.)

где с, п - эмпирический коэффициент и показатель, имеющие для твёрдой дисперсной фазы, образующейся при обжиге колчедана, значения с = 0,1 и п = 0,2.В общем случае эмпирический коэффициент с выражения (6.1.) характеризует радиационные свойства конкретной дисперсной системы.

Отсюда, температурная зависимость интегрального коэффициента ослабления лучей к может быть записана, в соответствии с (6.1.), в виде:

к = А{х/\,У, (6.2.)

где А - эмпирический коэффициент, описывающий электрооптические свойства вещества частиц, выражаемые через комплексный показатель преломления т.Подставляя значение выражения Х„= 2896/Т в (6.2.), получаем

к = 0,2 А (*Т)°. (6.3.)

Степенная аппроксимация, является обоснованной по физическому смыслу и достаточной для описания зависимости коэффициента ослабления лучей от температуры абсолютно чёрного тела, т. к. в коэффициенты входят значения, описывающие дисперсный состав и длины волны падающего монохроматического излучения (л) и оптические свойства вещества частиц (А).

Седьмая глава посвящена немаловажному фактору для интегрального коэффициента ослабления лучей к, который необходимо учитывать при расчёте лучистого теплообмена с использованием современного метода расчёта, температуре частиц Тч твёрдой дисперсной фазы.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что с увеличением температуры абсолютно чёрного тела влияние температуры частиц на коэффициент ослабления лучей заметно снижается, табл. 7.1. С увеличением температуры частиц Тч коэффициент ослабления лучей к увеличивается (при fiL = const). Далее видно, что при большой температуре абсолютно чёрного тела Гачт температура частиц Тч немало влияет на коэффициент ослабления лучей к. Для доломитовой муки температура частиц Тч оказывает большее влияние на коэффициент ослабления лучей к, чем для остальных исследованных образцов.

Можно получить-уравнения состоящие из трёх частей из табл. 7.1.: зависимость коэффициента ослабления лучей к от концентрации частиц /х; влияние температуры абсолютно чёрного тела Га„; влияние температуры частиц Тч. Получились следующие уравнения по определению коэффициента ослабления лучей к от температуры частиц Тч при различных концентрациях частиц ц и температур абсолютно чёрного тела Т (L = 0,08 м).

.... Данные о погрешностях уравнений были получены с помощью ЭБМ, откуда получилось, что максимальное отклонение коэффициента ослабления лучей к, при решении уравнения, от экспериментальных данных для всех образцов составлял несколько процентов. В средних диапазонах концентрации частиц /л, погрешность 2%.

Таблица 7.1.

Влияние температуры частиц Тч на коэффициент поглощения а-и коэффициент

ослабления лучей к при температуре абсолютно чёрного тела Гачт = 1025 К для шести образцов в диапазоне произведений от 4 до 100 г/м2

к г/м2 Для доломитовой муки Для золы кузнецкого угля Для огнеупора легковеса Для оксида алюминия Для-• оксида магния Для пыли } бункера кот №2

а | к а | к а | к . а | к а | к а | к

Тч = 293 К

4 0,0467 0,0828 0,0402 0,1852 0,0685 0,1265 0,0886 0,2792 0,1243 0,2874 0,0316 0,0494

20 0Д069 0,0008 0,1693 0,1678 0,2897 0,1219 0,3272 0,2418 0,4130 0,2298 0,1209 Ь,0395

40 0,3623 0,0775 0,2958 0,1584 0,4857 0,1189 0,5219 0,2252 0,6269 0,2125 0,2024 Ь,0347

60 0,4834 0,0758 0,3989 0,1539 0,6255 0,1171 0,6640 0,2215 0,7690 0,2104 0,2697 0,0321

80 0,5789 0,0745 0,4872 0,1518 0,7267 0,1160 0,7649 0,2208 0,8569 0,2093 0,3306 0,0307

100 0,6561 0,0737 0,5625 0,1505 0,8000 0,1153 0,8400 0,2205 0,9110 0Д085 0,3847 0,0298

7', = 463 К

4 0,0461 0,0834 0,0426 0,1856 0,0661 0,1271 0,0872 0,2795 0,1246 0,2881 0,0316 0,0495

20 0,2038 0,0805 0,1797 0,1681 0,2860 0,1225 0,3276 0,2421 0,4136 0,2301 0,1211 0,0396

40 03 575 0,0781 0,3124 0,1587 0,4780 0,1194 0,5228 0,2254 0,6276 0,2127 0Д026 0,0347

60 0,4782 0,0763 0,4206 0,1541 0,6144 0,1176 0,6642 0,2217 0,7692 0Д106 0,2704 0,0322

80 0,5743 0,0751 0,5123 0,1521 0,7190 0,1165 0,7656 0,2210 0,8571 0,2095 0,3311 0,0308

100 0,6510 0,0741 0,5892 0,1508 0,7904 0,1157 0,8363 0,2207 0,9112 0,2087 0,3857 0,0299

Т, = 633К

4 0,0429 0,0887 0,0433 0,1885 0,0677 0,1303 0,0876 0,2807 0,1254] 0,2899 0,032410,0507

20 0,1911 0,0857 0,1840 0,1717 0,2910 0,1258 03284 0,2428 0,4146 0,2309 0,1245Ю,0408

40 0,3378 0,0832 0,3187 0,1625 0,4870 0,1229 0,5242 0,2263 0,6286 о;2133 0,2083 Ь,0357

60 0,4556 0,0816 0,4280 0Д579 0,6253 0,1212 0,6656 0,2226 0,7705 0,2114 ОД773 К),0332

80 0,5524 0,0805 0,5200 0,1562 0,7280 0,1201 0,7670 0,2219 0,8580 ОД 102 0,3388Ю,0317

100 0,6328 0,0796 0,5977 0,1543 0,8000 0,1192 0,8374 0,2215 0,9119 0Д094 03937 |о,0307

Г, = 803 К

4 0,0584 0,1071 0,0463 0,2017 0,0775 0,1500 0,0893 0,2863 0,1303 0,3021 0,0347 0,0544

20 0,2572 0,1055 0,2040 0,1873 0,3160 0,1457 0,3354 0,2492 0,4247 0,2383 0,1361 0,0449

40 0,4447 0,1043 0,3443 0,1787 0,5340 0,1429 0,532^ 0,2318 0,6398 0,2199 0Д288 0,0398

60 0,5831 0,1034 0,4580 0,1735 0,6814 0,1412 0,6747 0,2282 0,7787 0,2166 0,3053 0,0372

80 0,6860 0,1027 0,5533 0,1706 0,7870 0,1399 0,7753 0,2274 0,8650 0,2156 0,3750 0,0360

100 0,7631 0,1022 0,6307 0,1688 0,8467 0,1389 0,8447 0,2271 0,9170 0,2145 0,4358 0,0351

Упрощенные варианты уравнений для шести образцов:

Для оксида магния: к=рАиз. у-0.101. (0:53 .ю Г,3 - 0,7 -10 41 Г,2 + 0,29-10 "3 Г, + 0,88);-Для оксида алюминия:

Г0132 • (0,07-10 Гч3-0,09 -10 Г,2 + 0,04 -10 "3 Г, + 0,15); Для золы кузнецкого угля: к=(1АЮ • Г0,11 • (0,2 -10Г,л-0Д4 >10 ^Г,2 + 0,095 -10 3 Г, + 0,105);

Для ошеупора легковеса: к=м-°т- 7"0,05- (0,8 '10 Гч3 - 1,01 -10 ^ Г,2 + 0,42 -10 "3 Гч + 0,15);

Для доломитовой муки: к~ц• Г■0031 • (0,65 • 10Гч3- 0,77 • 10 ^Г,2 + 0^ • 10 "3 Гч + 0,083); Для пыли из бункера котла печи №2:

Г"001- (0,32 •10"'7,'-0,4 -10 Г,2 + 0,16 -10 3 Гч + 0,08).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты настоящей диссертационной работы по экспериментальному исследованию эмиссионных свойств твердых дисперсных фаз в аэродинамическом потоке энерготехнологических агрегатах заключаются в следующем:

1. Разработана методика исследования и создана экспериментальная установка, позволяющие проводить эксперименты по исследованию поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз при нагреве частиц до температур 803 К, температурах абсолютно чёрного тела до 1025 К и при изменение концентрации частиц в газовых потоках от 50 до 1250 t/mj ;

2. Произведён дисперсный и химический анализ образцов взятых из семи энерготехнологических агрегатов. Выполнены эксперименты и обработка результатов по поглощательной способности исследованных материалов. При этом получены новые экспериментальные дачные по поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз рабочих сред энерготехнологических агрегатов;

3. Исследовано влияние концентрации, дисперсного состава, температуры частиц и абсолютно чёрного тела на поглощательную способность аэродисперсных потоков в зависимости от химического состава веществ твёрдых дисперсных фаз, с изменением параметров как концентрации, температуры частиц и абсолютно чёрного тела;

4. Получены уравнения зависимости коэффициента ослабления лучей от температуры абсолютно чёрного тела с учётом концентрации частиц для семи образцов;

5. Получены шесть уравнения зависимостей коэффициентов ослабления лучей от температуры частиц при различных концентрациях частиц и температурах абсолютно чёрного тела, которые в дальнейшем могут быть использованы при инженерных расчётах энерготехнологических агрегатах.

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Зависимость коэффициентов ослабления газопылевых потоков от параметра дифракции. Кн. 2. 17-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2005 г., с. 9-10.

2. Таймаров М.А., Хусаинов Д.Г., Гильфанов Р.Г. Поглощательная способность оксида магния в составе твёрдой дисперсной фазы сгорания топлива. Кн. 2. 17-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2005 г. с. 47-49.

3. Таймаров М.А., Максимов Е.Г., Гильфанов Р.Г. Интегральные радиационные свойства потока нагретых золовых частиц. Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 11/12. 2005 г. с. 121-123.

4. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Радиационные характеристики факела в топке котла ТГМ-84/А Казанской ТЭЦ-3. Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 12/12. 2005 г. с. 9-14.

5. Таймаров М. А., Лавирко Ю.В., Гильфанов Р.Г., Камба Д. С. Эффективные сечения и факторы поглощения, рассеяния и ослабления в системах пылегазовых потоков. Кн. 2: 18-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2006 г. с. 22-23.

6. Таймаров М. А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Поглощательная способность компонентов твёрдой дисперсной фазы пылегазовых потоков энерготехнологических агрегатов. Кн. 2: 18-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2006 г. с. 148-149.

7. Таймаров М.А., Хусаинов Д.Г., Гильфанов Р,Г. Интегральные плотности падающих потоков в котле ТГМ - 84/а Казанской ТЭЦ - 3 в зависимости от нагрузки. Кн. 2: 18-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2006 г., с. 149.

8. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Фазы пылегазовых потоков энерготехнологических агрегатов. Кн. 2: 18-й Всероссийский научно-технический конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань). 2006 г., с. 149-153.

9. Таймаров М.А.,Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Эмиссионные свойства дисперсной фазы технологических газов в котлах. Сборник материалов XVI11 Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Казань. 2006 г. с. 276-279.

10. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Влияние температуры частиц на коэффициенты ослабления излучений частиц твердых дисперсных фаз технологических газов в котлах. Аспирантско-магистерский научный семинар, посвященный дню энергетика. Казань, КГЭУ. 2006 г. с. 30-32.

11. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г. Поглощательная способность твердой дисперсной фазы технологических газов в котлах при обжиге шамота. Школа семинар молодых ученных и специалистов под рук. Ак. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». 2006 г. с. 55-56.

12. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Коэффициенты ослабления излучений частиц твёрдых дисперсных фаз в зависимости от температур частиц и абсолютно чёрного тела. Материалы докладов второй молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения». Казань. 2007 г. секция №4. с. 115-116.

13. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Влияние параметров на коэффициенты ослабления излучений частиц твердых дисперсных фаз технологических газов в котлах. Аспирантско-магистерский научный семинар, посвященный дню энергетика. Казань, КГЭУ. 2006 г. с. 45-48.

14. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Влияние температур самих частиц на коэффициенты ослабления излучений твердых дисперсных фаз в технологических котлах. Материалы докладов молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения». Казань. 2006 г. с. 109-111.

15. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Влияние параметров на коэффициенты ослабления излучений частиц твердых дисперсных фаз технологических газов в котлах. Сборник материалов XIX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Казань. 2007 г. с. 153-155.

16. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г. Интегральные радиационные свойства потока, компонентов твердой дисперсной фазы, в энерготехнологических агрегатах. Аспирантско-магистерский научный семинар, посвященный дню энергетика. Казань, КГЭУ. 2007 г. с. 25-26.

17. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г. Влияние температур на коэффициенты поглощения частиц твёрдых дисперсных фаз технологических газов в котлах. Материалы докладов третьей молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения». Казань. 2008г. секция №4. с. 118-119.

Лиц. № 00743 от 28.08.2000г.

Подписано к печати 10.10.2008г. Формат 60 х 84 /16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная

Физ. печ. л. 1.0 Усл. печ.л. 0.94 Уч.-изд. л. 1.0

Тираж 100 экз. Заказ К» 32-Ä?

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Исследования интегральной поглощательной способности аэродисперсных пылевых потоков

1.2 Показатели преломления и поглощения пылевых частиц

1.3 Результаты теоретических исследований спектральных радиационных характеристик частиц 27 Тепловое излучение аэродисперсных систем в энергетических установках

Выводы по главе

2 МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Конструкция стенда по моделированию эмиссионных свойств твердой дисперсной фазы продуктов горения

2.2 Модернизация ранее используемой экспериментальной установки

2.3. Описание методики и вывод формул для определения поглощательной способности аэродисперсного потока

2.4 Последовательность проведения измерений 52 2.5. Анализ погрешностей экспериментов 54 Выводы по главе

3 ХИМИЧЕСКИЙ И ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ ИССЛЕДУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Отбор проб дисперсной фазы

3.2 Результаты ситового анализа

3.3. Определение удельной поверхности пыли

3.4. Химический состав образцов

Выводы по главе

4. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ НА

ПОГЛОЩАТЕЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ

4.1. Зависимость поглощательной способности твердых дисперсных фаз от концентрации частиц

4.2. Результат влияния концентрации частиц на поглощательную способность твердых дисперсных фаз

4.3. Анализ влияния концентрации частиц на коэффициенты поглощения и ослабления лучей при различных температурах частиц твёрдых дисперсных фаз

4.4. Анализ влияния концентрации частиц на коэффициенты поглощения и ослабления лучей при различных температурах абсолютно чёрного тела

Выводы по главе

5 ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧАСТИЦ НА ПОГЛОЩАТЕЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ И НА КОЭФФИЦИЕНТ ОСЛАБЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

5.1 Влияние химического состава частиц на поглощательную способность при температуре частиц равной 293 К

5.2 Влияние химического состава частиц на коэффициент ослабления излучения при температуре частиц равной 293 К

Выводы по главе

6 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ АБСОЛЮТНО ЧЁРНОГО ТЕЛА НА КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И

ОСЛАБЛЕНИЯ ЛУЧЕЙ

6.1. Нагрев абсолютно чёрного тела

6.2. Уравнения интегрального коэффициента ослабления лучей твёрдых дисперсных фаз при температуре частиц 293 К

6.3. Анализ экспериментальных результатов

Выводы по главе

7 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЧАСТИЦ НА КОЭФФИЦИЕНТЫ

ПОГЛОЩЕНИЯ И ОСЛАБЛЕНИЯ ЛУЧЕЙ

7.1. Нагрев частиц твёрдых дисперсных фаз

7.2. Уравнения зависимостей коэффициентов ослабления лучей от температуры частиц при различных концентрациях

Выводы по главе

Актуальность темы диссертации. В топках котлов, в печах металлургической, нефтехимической, металлообрабатывающей промышленности и в других высокотемпературных промышленных агрегатах теплообмен излучением является основным. Корректный расчет лучистого теплообмена в топках котельных агрегатов является неотъемлемым условием при проектировании и эксплуатации котельных агрегатов. По теории и используемым методам теплообмен излучением уже давно превратился в самостоятельную область научных исследований со своей спецификой и проблематикой. Роль теплообмена возрастает с повышением температуры излучающих объектов, эмиссионных свойств рабочих сред и их параметров.

Наряду с этим возрастают требования к точности расчетов лучистого теплообмена, которые напрямую зависят от первичных радиационных характеристик материалов и параметров рабочих сред, определяемых экспериментально. Помимо этого, радиационные свойства реальных топочных газов, обладающих селективными радиационными свойствами, заменяются интегральными, что делает расчеты довольно условными.

Большинство результатов по прикладной теории расчета теплового излучения, по экспериментальным методикам и полученным данным содержится в периодической печати и в специальной литературе.

Необходимо отметить имеющееся различие в подходах разных авторов к основным концепциям расчета радиационного теплообмена, к экспериментальной методике и в полученных экспериментальных результатах. Перенос энергии излучения описывается интегральным уравнением для плотности потока собственного, результирующего или эффективного излучения, проинтегрированного по телесному углу по все возможным направлениям. Решение такого уравнения даже для сравнительно простых излучающих систем сопряжено с большими трудностями. В то время как расчет поглощательной и излучательной способности от потока частиц твердой дисперсной фазы рабочих сред энерготехнологических агрегатов по рекомендациям Нормативного метода котельных агрегатов, а также по методическим материалам других нормативных методик дает большие погрешности и не подтверждается имеющимися немногочисленными экспериментальными данными. Поэтому существует необходимость получения новых данных по поглощательной и излучательной способности твердых дисперсных фаз рабочих сред энерготехнологических агрегатов. В этой связи анализ и систематизация полученных результатов, определение основных направлений прикладных и экспериментальных исследований для решения конкретных задач теплообмена излучением являются актуальными.

Целью работы является получение новых экспериментальных данных по поглощательной способности частиц твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от концентрации частиц;

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от дисперсного и химического состава частиц;

- Исследование поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов в зависимости от температуры абсолютно черного тела и частиц.

Для реализации выше поставленной цели был проведён анализ дисперсного (на основании ситового анализа) и химического состава (в заводской лаборатории по месту отбора образцов) отобранных образцов проб частиц. И выполнены эксперименты с обработкой результатов по поглощательной способности аэродисперсных потоков частиц, при различных концентрациях частиц для каждого определённого исследуемого материала, в зависимости от температуры абсолютно чёрного тела и частиц.

Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, теории лучистого теплообмена, общей химии и физики, инфракрасной техники. Для расчетов и построения графических зависимостей использовались пакеты прикладных программ AutoCAD, Microsoft Exel и MathCad.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлен характер влияния концентрации частиц на поглощательную способность частиц твёрдых дисперсных фаз для семи конкретных образцов энерготехнологических агрегатов в диапазоне концентрации частиц от 50 до 1250 г/м3;

2. Установлен характер влияния дисперсного и химического состава частиц на поглощательную способность частиц твёрдых дисперсных фаз для семи конкретных образцов энерготехнологических агрегатов в диапазоне концентрации частиц от 50 до 1250 г/м3;

3. Выявлены зависимости поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз рабочих сред от температуры абсолютно чёрного тела в диапазоне температур от 525 до 1025 К при изменении температуры частиц от 293 до 803 К;

4. Получены эмпирические формулы, пригодные для практических расчетов коэффициентов ослабления лучей твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов при изменении концентрации частиц, температуры абсолютно чёрного тела и частиц для исследованных шести образцов.

Достоверность результатов работы обусловлена применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, сопоставимостью полученных данных с другими источниками, практической проверкой предложенных решений на действующих теплоэнергетических предприятиях.

Практическая ценность работы. Полученные данные по поглощательной способности частиц твердых дисперсных фаз рабочих сред повышают точность расчетов лучистого теплообмена в высокотемпературных энерготехнологических агрегатах.

Реализация результатов работы. Рекомендация по интенсификации радиационного теплообмена от пылегазовых потоков рабочих сред с целью снижения затрат топлива на производство тепловой энергии.

Автор защищает:

1. Результаты проведенных исследований

2. Влияние на поглощательную способность твёрдых дисперсных фаз энерготехнологических агрегатов:

- концентрации частиц;

- дисперсного состава частиц;

- температуры абсолютно чёрного тела;

- температуры частиц.

Личное участие. Основные результат получены лично автором под научным руководством профессора, д. т. н. Таймарова М.А.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на: 17-й и 18-й Всероссийской научно- технической конференции по энергетики Михайловского военно-артиллерийского университета (филиал, г. Казань) в г. Казани, 2005 - 2006г. Также докладывались: на аспирантско - магистерских научных семинарах КГЭУ, посвященный дню энергетика в 2006 - 2007 г.; на научном семинаре молодых ученных и специалистов в г. Казани 2006 г.; на Всероссийских межвузовских научно - технических конференциях в г. Казани, 2006 - 2007 г.; во Второй и Третьей Всероссийских молодежных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» в г. Казани, 2007 - 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложения.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика исследования и создана экспериментальная установка, позволяющие проводить эксперименты по исследованию поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз при нагреве, частиц до температур 803 К, абсолютно чёрного тела до температуры 1025 К с изменением концентрации частиц в газовых потоках от 50 до 1250 г/м .

2. Произведён дисперсный и химический анализ образцов взятых из семи энерготехнологических агрегатов. Выполнены эксперименты и обработка результатов по поглощательной способности исследованных материалов. При этом получены новые экспериментальные данные по поглощательной способности твёрдых дисперсных фаз рабочих сред энерготехнологических агрегатов.

3. Исследовано влияние концентрации, дисперсного состава, температуры частиц и абсолютно чёрного тела на поглощательную способность аэродисперсных потоков в зависимости от химического состава веществ твёрдых дисперсных фаз, с изменением параметров как концентрации, температуры частиц и абсолютно чёрного тела.

4. Получены уравнения зависимости коэффициента ослабления лучей от температуры абсолютно чёрного тела с учётом концентрации частиц для семи образцов.

5. Получены шесть уравнений зависимостей коэффициентов ослабления лучей от температуры частиц при различных концентрациях частиц и температурах абсолютно чёрного тела, которые в дальнейшем могут быть использованы при инженерных расчётах энерготехнологических агрегатах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Абрамзон М.Н., Лисин Ф.Н. Радиационные свойства потока взвешенных частиц медной сульфидной шихты в металлургических печах // Промышленная теплотехника. — 1985. - Т. 7. - №2. - С. 33 - 37.

2. Агабабов С.Г. Влияние фактора шероховатости на радиационные свойства твердого тела со случайной шероховатостью // Теплофизика высоких температур. 1975. — Т. 13. - №2. - С. 314 - 317.

3. Блох А.Г. Основы теплообмена излучением. М. Л.: Энергоиздат, 1962.- 331 с.

4. Блох А.Г. Тепловое излучение в котельных установках. -Л. ¡Энергия, 1967. 326 с.

5. Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

6. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением. Справочник. М. : Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

7. Блох А.Г., Адзерихо К.С., Трофимов В.П. Коэффициент тепловой эффективности экранов в топках парогенераторов // Инженерно-физический журнал.- 1981.-Т. 40. №5. С. 854 - 863.

8. Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: Наука, 1965. -223 с.

9. Воронкова Е.М. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники.- М.: Наука, 1965.-335 с.

10. Буланов В. Я., Квартер Л. И., Долгаль Т. В., Угольникова Т. А., Акименко В. Б. Диагностика металлических порошков. -М.: Наука, 1983. -278 с.

11. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. -М: Изд. Иностр. Лит., 1961. -320 с.

12. Васильева Л.М., Ахунов Н.Х., Панфилович К.Б., Усманов А.Г. Степень черноты бутана // Тепломассообмен в химической технологии. Межвузовский сборник. Казань, 1975. Вып. 3. С. 65 - 66.

13. Великородный В.А., Пикашов B.C. Исследование радиационных характеристик покрытия для чернения кладки печей // Промышленная теплотехника,1985. Т. 7. - №3. С. 102 -105.

14. Верлань А. Ф., Сизиков В. С. Интегральные уравнения: методы, алгоритмы, программы. Спр. Пос. Киев. «Наукова Думка». 1986. 544 с.

15. Внуков А. К. Присосы в топочных камерах, их влияние на работу котлов и методы упрощенного контроля//Теплоэнергетика. 1960. № 3.

16. Гаврилов А. Ф., Аничков С. Н., Бабий В. Ф. Оценка содержания бенз-(а)пире-на в уходящих газах котлов, сжигающих ма-зут//Теплоэнергика. 1985. №7.

17. Газомазутные топочные устройства с подовым расположением горелок/Обзорная информация. Сер. 1. Тепловые электростанции, теплофикация и тепловые сети. М.: Ин-формэнерго, 1984.

18. Галяутдинов А.Р. Использование излучательной способности материалов, применяемых в энерготехнологических агрегатах: Автореф. Дис. На соиск. уч. степ. Канд. Техн. наук. Галяутдинов А.Р. Казан. Гос. энерг. Ун-т, Казань, 2002, 16 е., ил., Табл. Библ. 7.

19. Геращенко O.A. и др. Температурные измерения. Справочник. / Киев, Наукова думка, 1984. 494 с.

20. Гусев В. Ю., Козманов М. Ю Методика СВЕТ-n для решения системы уравнения энергии переноса излучения Гусев В. Ю., Козманов М. Ю. Вопр. Атом. Науки и техн. Сер. Мат. Моделир. Физ. Процессов. 2001, №2, с.72-78.

21. Двуреченский A.B., Петров В.А., Резник В.Ю. Экспериментальное исследование спектральной излучательной способности кварцевого стеклапри высоких температурах // Теплофизика высоких температур. 1978. Т.16. №4. С. 749 - 753.

22. Дементьев Ю. А., Карповцев Е. А., Нарожная И. А., Новичихин В. А., Морозова Е. В., Тихомирова Э. Н. Метод коэффициентов ослабления. Вопр. Атом. Науки и техн. Сер.Мат. моделир. Физ. Процессов. 2001, №2, с. 28-36.

23. Жоров Г.А., Панасюк И.О. Самойлов А.И. Интегральная полусферическая степень черноты и удельное электросопротивление жаростойких сплавов Х20Н80 и ХН45В30 // Теплофизика высоких температур. 1978. - Т.16. - № 3. С. 516 - 519.

24. Задворный А.Г., Журавлев Ю.А., Мечев В.В. О влиянии химико-минерального состава окисных систем на их радиационные свойства // Теплофизика высоких температур. 1982. - Т. 20. - № 3. - С. 457 - 463.

25. Зайцев В.А., Горбатенко И.В., Таймаров М.А. Излучательная способность сталей и сплавов в диапазоне спектра 2-13 мкм // Инженерно-физический журнал. 1986. - Т. 50. - N 4. - С. 620 -625.

26. Запечников В.Н., Чернов В.В. Изучение радиационных свойств полированной поверхности экрана из сплава АМЦН // Промышленная теплотехника. 1995. - Т. 17. - №1-3. - С. 106 - 107.

27. Зигель Л., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975 -934 с.

28. Иванов И.Т., Орлов В.К., Фролов И.М. Интегральная степень черноты цветных металлов и некоторых огнеупоров // Теплофизика высоких температур . 1976. Т.14. №1. С.36-41.

29. Излучательная свойства твердых материалов. Справочник / Под общ. ред. А. Е. Шейндлина. М.: Энергия, 1974. - 472 с.

30. Капельсон Л. М., Архипов В. А., Ярцева И. В. Сжигание АШ и смеси АШ с газом в топке котла ТП-80.//Теплоэнергетика. 1988. № 2.

31. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

32. Каиров Э.А., Кривандин В.А., Мастрюков Б.С. Изменение оптических характеристик расплавленных шлаков // Известия вузов. Черная металлургия. 1969. - № 1. - С. 159 - 163.

33. Капельсон JI. М., Купченко В. А.,. Бусу-рин В. Ф и др.Влияние качества антрацитового штыба на работу котла с полуоткрытой топкой //Электрические станции. 1978. № 5.

34. Карасина Э.С. Антонов А.Ю., Абрютин A.A. Коэффициент поглощения лучей пылевоздушным потоком. // Теплоэнергетика. — 1987.-№1. С.25-30.

35. Клевчишин В.А., Пикашов B.C., Еринов А.Е. Излучательная способность сталей и сплавов при нагреве в контролируемых атмосферах / В сб.: Расчет, конструирование и применение радиационных труб в промышленности. Киев, Наукова думка, 1977. - С. 123 - 127.

36. Ключников А.Д., Иванцов Г.П. Теплопередача излучением в огнетехнических установках. М.: Энергия, 1970. - 400 с.

37. Кэмпбелл И. Э. Техника высоких температур. М.: Издательство иностранной литературы, 1959. - 596 с.

38. Литовский Е.Я., Пучкелевич H.A. Теплофизические свойства огнеупоров: Справочник.-М.: Металлургия, 1982.-150с.

39. Магадаев В. Ш., Енякин Ю. П., Юдаев В. Г.,. Капельсон JI. М. Совместное сжигание твердого и жидкого топлива в пылеугольных котлах.-М.: Информэнерго, 1979.

40. Мансуров В. И., Рязанов Ф. П., Цыганов С. М. Влияние зольности экибастуз-ского угля на паропроизводительность работающих котлов//Теплоэнергетика. 1987. № 1.

41. Методические указания по проектированию ТЭС с максимально сокращенными стоками. -М.: Минэнерго СССР, 1991.

42. Мишин В.П., Пугач В.В., Таймаров М.А., Русев К.А., Тухватуллин С.Г. Коэффициент излучения жаропрочного сплава Х22Н32Т // Промышленная теплотехника. 1985. - Т.7. -№4. -С. 68-71.

43. Микк И. Р., Тийкма В. Т. О поглощательной способности загрязненных лучевоспринимающих поверхностей парогенераторов / В кн.: Материалы У Всесоюзной конференции по тепломассообмену. — Минск: 1976.- Т. 8.-С. .303 309.

44. Микк И.Р. и др. Влияние минеральной части энергетических топлив на условия работы парогенераторов. Таллин, 1974. Т. 3-а. - С. 54 - 60.

45. Митор В.В. Теплообмен в топках паровых котлов. M.-.JL: Машгиз, 1963.- 180 с.

46. Митор В.В., Конопелько И.Н. Исследование структуры излучения топочных камер паровых котлов / Материалы 5 Всесоюзной конференции по тепломассообмену. Минск, 1976. - Т. 8. - С. 310 - 316.

47. Модзалевская M.JI. Расчет излучения потока частиц золовой пыли в паровых котлах // Теплоэнергетика. 1983. - N8. - С.45-47.

48. Модзалевская M.JL, Погребняк А.П., Вальдман A.M., Романов B.C. К расчёту теплообмена в котлах-утилизаторах // Теплоэнергетика. — 1987. -№1.- С. 30 -34.

49. Мышкин В. Ф., Тихомиров И. А., Цимбал В. Н. и др. Лазерная диагностика гранулометрического состава дисперсной фазы плазмы горения пиротехнических составов //Заводская лаборатория. 1999. -33. -Т. 65. -С.24-27.

50. Назмеев Ю. Г. Теплообменные аппараты ТЭС: учебное пособие для вузов АО. Г. Назмеев, В. М. Лавыгин. -М.: Энергоатомиздат, 1998. -288 с.

51. Нормы минимально допустимых нагрузок энергоблоков 150—1200 МВт. М.: СПО „Союзтехэнерго", 1987.

52. Нормы предельно допустимых скоростей изменения нагрузки при работе энергоблоков 160—800 МВт в регулировочном диапазоне. М.: СПО „Союзтехэнерго", 1987.

53. Нормы расхода мазута или газа при сжигании углей с выходом летучих веществ менее 20 % на тепловых электростанциях Минэнерго СССР. М.: СПО „Союзтехэнерго", 1985.

54. Оптические материалы для инфракрасной техники / Е.М. Воронкова и др. М.: Наука, 1965. - 335 с.

55. Паршин, А.А, Митор, В.В., Безгрешников, А.Н. Тепловые схемы котлов М.: Недра, 1987.

56. Попов Ю.А. Излучение сернистого ангидрида // Инженерно-физический журнал. 1976. - Т. 30. - №1. - С.58-62.

57. Попов Ю.А. Лучистый теплообмен в газопылевых средах. Канд. дисс. Свердловск, 1968. -156 с.

58. Попов Ю.А., Половников В.И. Комплексный показатель а-Ре203 в ближней инфракрасной области спектра // Журнал прикладной спектроскопии. 1980. - Т. 32. - Вып. 1. - С.164-165.

59. Попов Ю.А. Тепловое излучение двухатомных газов / В кн. Материалы 5-й Всесоюзной конференции по тепломассообмену. Минск, 1976.-Т. 8.-С. 252-256.

60. Попова С.И., Толстых Т.С., Ивлев Л.С. Оптические постоянные Ре203 в инфракрасной области спектра // Оптика и спектроскопия. 1973. - Т. 35. - Вып. 5. - С. 954-955.

61. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. М.: Недра, 1988.

62. Правила технической эксплуатаеии электрических станций и сетей Российской Федерации /Минэнерго России. М.: СПО ОРГРЭС, 2003.

63. Пришивалко А.П. О точности определения оптических постоянных поглощающих веществ методом зеркального отражения // Инженерно-физический журнал. 1959. - Т.З. - №9. - С. 74-82.

64. Проектирование топок с жидким шлакоудалением (руководящие указания, дополнение к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) М.: ВТИ, 1983.

65. Проектирование топок с твердым шлакоудалением (руководящие указания). Л.: НПО ЦКТИ, 1981. Вып. 24.

66. Резников М. И., Липов Ю. М. Паровые котлы тепловых электростанций. М.: Энергоиздат, 1981.

67. Рыжкова Т. П., Рыжков JL Н. Приложение теории дифракции к переносу теплового излучения // Промышленная теплотехника. — 1983.—Т.5. -№4.-С. 26-45.

68. РТМ 108.031.110-80. Воздухоподогреватели регенеративные паровых стационарных котлов. Методы испытаний. М.: Мин-энергомаш СССР, 1980.

69. Рубцов H.A. Теплообмен излучением в сплошных средах. -Новосибирск: Наука, 1984 277 с.

70. Руководящие указания по переводу котлов, работающих на сернистых топливах, в режим сжигания с предельно малыми избытками воздуха. М.: СПО „Союзтехэнерго", 1980.

71. Сборник директивных материалов по эксплуатации энергосистем. Теплотехническая часть. М.: Энергоиздат, 1981.

72. Седелкин В.М., Паимов A.B. Математическое моделирование теплообмена в экранированных топочных камерах радиально-цилиндрического и коробчатого типов // Инженерно-физический журнал. -1984. -№ 2. С. 288-294.

73. Слипенький Р. Ф., Янко П. И. Определение присосов воздуха в топку водогрейных котлов башенного типа//Энергетик. 1986. № 6

74. Спэрроу Э.М., Сэсс Р.Д. Теплообмен излучением. Л.: Энергия, 1971.-294 с.

75. CT СЭВ 621-83. Горелки газовые промышленные. Методы испытаний.

76. Таймаров М.А. и др. Спектральные радиационные характеристики запыленного газового потока при обжиге серного колчедана // В сб. Тепло- и массообмен в химической технологии. Казань, 1977. -Вып. 5. С. 54 - .

77. Таймаров М.А., Гарифуллин Ф.А., Давлетбаева Д. 3., Зайцев В.А., Горбатенко И.В. Установка для исследования излучательной способностиматериалов при высоких температурах // Измерительная техника. -1986. -№5. С. 28 - 29.

78. Таймаров М. А., Гарифуллин Ф. А., Степанов И.Е. Исследование эмиссионных свойств газопылевого потока, протекающего в котле-утилизаторе // Изв. Вузов. Энергетика. 1989. - № 4. - С. 82 - 86.

79. Таймаров М.А., Сагадеев В.И., Зигмунд Ф.Ф., Мнускин М.Г., Кочеров М.М. Исследование теплового излучения газового потока при обжиге серы // Изв. вузов. Энергетика. 1977. -№11. - С.145-150.

80. Таймаров М.А., Степанов И.Е. Оптические константы твердой дисперсной фазы рабочих сред котлов КС-450-ВТКУ и БКЗ-210-140Ф // Изв. Вузов. Энергетика. 1989. № 7. - С. 78 - 81.

81. Таймаров М.А. Поглощательная способность пылей в котлах медеплавильных и никелевых производств // Инженерно-физический журнал. 1987. - Т. .52. - №4. - С.691-692.

82. Таймаров М.А. Оптические постоянные вещества частиц конверторной пыли // Инженерно-физический журнал. 1998. - Т. 71. - № 6. -С. 1056-1058.

83. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод./ Под ред. Н.В.Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

84. Теплотехника /под ред. В.И. Крутова.- М.: Машиностроение, 1986

85. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы (справочник).-М.: Энергия, 1980.

86. Трофимов В.П., Адзерихо К.С. Определение коэффициента тепловой эффективности поверхностей, ограничивающих плоский слой неизотермической нерассеивающей среды // Инженерно-физический журнал. -1980. Т. .39. - №1. - С. 102 - 107.

87. Физико-химические свойства окислов. Справочник / Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978.

88. Холщев И. В. Испытания поверхностей нагрева головного газоплотного котла ТГМЕ-464.//Электрические станции. 1982. № 5.

89. Хрусталев Б.А. Теплофизические свойства твердых веществ. М.: Наука, 1971.

90. Цынаева А. А., Жуховитский Д. JL Расчет элементов тепловой схемы котельной установки: методические указания курсовому и дипломному проектированию. -Ульяновск: УлГТУ, 2005. -24 с.

91. Шварц А. А., Булгакова Н. В., Миронов С. Н., Роба-шевский Ф. М. Расширение регулировочного диапазона энергоблоков 160—800 МВт //Электрические .станции. 1982. № 9.

92. Шигапов А.Б. Определение концентрации и размеров частиц дисперсной фазы //Вестник Казанского филиала МЭИ. 1996.

93. Шестаков E.H., Латыев Л.Н., Чеховской В.Я. Методы определения оптических постоянных металлов и сплавов при высоких температурах // Теплофизика высоких температур. 1978. - Т. 16. - № 1. — С. 178—189.

94. Эпик И. П. Влияние минеральной части сланцев на условия работы котлоагрегата. Таллин. Эст. гос. изд-во, 1961.

95. Эстеркин Р. И. Промышленные котельные установки/ Р. И. Эстеркин. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. от-ние, 1989. -256 с.

96. Мышкин В. Ф., Власов В. А., Хан В. А., Тихомиров И. А., Бурдовицын А. Н. О повышении достоверности решения интегрального уравнения при безотборной диагностике наночастиц. Научный журнал КубГАУ, №31 (7), 2007 г.

97. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Зависимость коэффициентов ослабления газопылевых потоков от параметра дифракции. Кн. 2. 17-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань) . 2005 г., с. 9-10.

98. Таймаров М.А., Хусаинов Д.Г., Гильфанов Р.Г. Поглощательная способность оксида магния в составе твёрдой дисперсной фазы сгорания топлива. Кн. 2. 17-й Всероссийской научно-технической конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань) . 2005 г. с. 47-49.

99. Таймаров М.А., Максимов Е.Г., Гильфанов Р.Г. Интегральные радиационные свойства потока нагретых золовых частиц. Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 11/12. 2005 г. с. 121-123.

100. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Радиационные характеристики факела в топке котла ТГМ-84/А Казанской ТЭЦ-3. Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 12/12. 2005 г. с. 9-14.

101. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г., Хусаинов Д.Г. Фазы пылегазовых потоков энерготехнологических агрегатов. Кн. 2: 18-й Всероссийский научно-технический конференция. Казань, МВАУ (филиал г. Казань) . 2006 г., с. 149-153.

102. Таймаров М.А.,Гильфанов Р.Г. , Хусаинов Д.Г. Эмиссионные свойства дисперсной фазы технологических газов в котлах. Сборник материалов XVIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Казань. 2006 г. с. 276-279.

103. Таймаров М.А., Гильфанов Р.Г. Интегральные радиационные свойства потока, компонентов твердой дисперсной фазы, в энерготехнологических агрегатах. Аспирантско-магистерский научный семинар, посвященный дню энергетика. Казань, КГЭУ. 2007 г. с. 25-26.

104. Шамров Н. И. Дифракционные эффекты в резонансном кооперативным комбинационном рассеянии. Мордовский государственный педагогический институт им. М.Е. Евсевьева, 430007 Саранск, Мордовия, Россия.