Оглавление
Список сокращений и условных обозначений ............................................................. 7
Введение ....................................................................................................................... 10
Глава 1 Современное состояние исследований в области теплового излучения
и пирометрирования рабочих сред энергетических установок ................................. 20
1.1 Состояние исследований теплового излучения рабочих сред в
энергетических установках ...................................................................................... 20
1.1.1 Тепловое излучение продуктов сгорания высокоэнергетических
установок (ракетных двигателей) ......................................................................... 21
1.1.2 Исследование теплового излучения в промышленных энергетических
установках ............................................................................................................. 23
1.2 Методы и приборы для определения температуры рабочих сред
в энергетических установках ................................................................................... 26
1.2.1 Пирометрирование продуктов сгорания высокоэнергетических
установок (ракетных двигателей) ......................................................................... 26
1.2.2 Пирометрирование топок паровых котлов ................................................. 30
1.3 Результаты определения характеристик излучения и температуры рабочих
сред в энергетических установках ........................................................................... 32
1.3.1 Спектропирометрические исследования в высокоэнергетических
установках (РДТТ и ЖРД) .................................................................................... 32
1.3.2 Спектропирометрические исследования в топках паровых котлов ........... 37
1.3.3 Температурные стадии и условия горения частиц твердого топлива
(торфа и угля) в топках ......................................................................................... 42
1.4 Торф в энергетике Кировской области .............................................................. 47
1.4.1 Актуальность использования торфа в теплоэнергетике Кировской
области ................................................................................................................... 47
1.4.2 Характеристики поставляемого торфа с четырех месторождений
Кировской области ................................................................................................ 50
1.4.3 Организация факельного сжигания твердых топлив (торфа и угля)
в топке парового котла БКЗ-210-140Ф Кировской ТЭЦ-4 .................................. 56
3
1.5 Проблемы оптимизации температурных режимов сжигания твердого
топлива с энергетической и экологической точек зрения ...................................... 62
1.6 Выводы по первой главе .................................................................................... 66
Глава 2 Радиационные характеристики газовой фазы рабочих сред
энергетических установок ........................................................................................... 69
2.1 Методы и модели определения излучательных свойств газовой фазы ........... 69
2.2 Спектры поглощения отдельных компонентов газовой фазы .......................... 74
2.3 Расчет состава газообразных продуктов сгорания и его экспериментальное
определение .............................................................................................................. 79
2.4 Спектры поглощения газовой фазы рабочих сред энергетических установок 85
2.5 Выводы по второй главе ..................................................................................... 88
Глава 3 Радиационные характеристики частиц конденсированной фазы рабочих
сред энергетических установок................................................................................... 90
3.1 Факторы, определяющие радиационные характеристики частиц
конденсированной фазы рабочих сред энергетических установок........................ 90
3.2 Определение химического состава частиц золы торфа методами
сканирующей микроскопии и рентгенофлуоресцентной спектрографии ............. 92
3.3 Комплексный показатель преломления материала частиц
конденсированной фазы рабочих сред энергетических установок, его
температурная функция и дисперсия .................................................................... 100
3.3.1 Оптические свойства частиц угольной пыли, кокса и золы ..................... 101
3.3.2 Оптические свойства частиц золы твердых топлив в зависимости
от их химического состава .................................................................................. 106
3.3.3 Определение показателя поглощения материала частиц по угловой
структуре индикатрисы рассеяния в области малых углов путем решения
обратной задачи .................................................................................................. 112
3.3.4 Оптические свойства частиц оксида алюминия ....................................... 116
3.3.5 Оптические свойства частиц сажи............................................................. 121
3.4 Размеры частиц и функции распределения частиц по размерам
конденсированной фазы рабочих сред энергетических установок ..................... 125
3.4.1 Распределение частиц конденсированной фазы по размерам .................. 125
3.4.2 Дисперсность частиц угольной пыли и золы ............................................ 128
4
3.4.3 Определение дисперсности частиц золы при сжигании торфа
методами лазерного анализа и сканирующей микроскопии ............................. 132
3.4.4 Дисперсность частиц оксида алюминия.................................................... 143
3.4.5 Дисперсность частиц сажи ......................................................................... 145
3.4.6 Определение дисперсности частиц сажи методом сканирующей
микроскопии ........................................................................................................ 147
3.5 Плавкость частиц золы твердых топлив .......................................................... 155
3.6. Исследование неполноты сгорания топлива (недожога) методом
синхронного термического анализа ...................................................................... 161
3.7 Методика расчета радиационных характеристик частиц
конденсированной фазы рабочих сред энергетических установок...................... 165
3.8 Результаты расчета радиационных характеристик частиц
конденсированной фазы рабочих сред энергетичеких установок ....................... 169
3.8.1 Радиационные характеристики частиц золы при сжигании твердых
топлив (угля и торфа) .......................................................................................... 169
3.8.2 Радиационные характеристики частиц оксида алюминия ....................... 171
3.8.3 Радиационные характеристики частиц сажи............................................. 177
3.9 Выводы по третьей главе ................................................................................. 179
Глава 4 Исследование теплового излучения рабочих сред энергетических
установок.................................................................................................................... 182
4.1 Факторы, определяющие тепловое излучение рабочих сред
энергетических установок ...................................................................................... 182
4.2 Уравнение переноса энергии излучения и методы его решения.................... 183
4.3 Методика моделирования оптических свойств, радиационных
характеристик и характеристик излучения рабочих сред энергетических
установок ................................................................................................................ 190
4.4 Модульный программный комплекс «Spektr» ................................................ 192
4.5 Проверка достоверности методологии комплексного исследования
и апробация модульного программного комплекса «Spektr» .............................. 194
4.5.1 Инфракрасное излучение факела модельного ЖРД ................................. 194
4.5.2 Инфракрасное излучение факелов модельных РДТТ (тактических
ракет) ................................................................................................................... 196
5
4.5.3 Инфракрасное излучение факела МБР Трайдент II .................................. 200
4.6 Комплексное представление оптических свойств, радиационных
характеристик и характеристик излучения ........................................................... 201
4.7 Универсальность методологии комплексного исследования
характеристик теплового излучения ..................................................................... 204
4.8 Выводы по четвертой главе ............................................................................. 206
Глава 5 Результаты математического моделирования с применением
методологии комплексного исследования ............................................................... 208
5.1 Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания в камере
сгорания модельного РДТТ ................................................................................... 208
5.2 Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания для условий
факела модельного РДТТ ....................................................................................... 210
5.3 Характеристики теплового излучения продуктов сгорания ракетных
двигателей по тракту «камера сгорания – сопло – начальный и основной
участки факела» ...................................................................................................... 214
5.3.1 Исследование характера и уровня излучения для модельного ЖРД ....... 215
5.3.2 Исследование характера и уровня излучения для модельного РДТТ ...... 219
5.3.3 Исследование влияния конденсированной фазы и газовой фазы
на характеристики излучения гетерогенных продуктов сгорания
модельного РДТТ ............................................................................................... 223
5.3.4 Исследование характеристик излучения продуктов неполного
сгорания и продуктов сгорания на примере МБР Трайдент II ......................... 230
5.3.5 Исследование влияния скоростной и температурной
неравновесностей на характеристики излучения факела модельного РДТТ ... 233
5.4 Тепловое излучение продуктов сгорания газогенератора, работающего
на твердом топливе ................................................................................................ 241
5.5 Тепловое излучение топочных газов в паровом котле при сжигании
твердых топлив ....................................................................................................... 247
5.6 Оценка влияния промышленных выбросов предприятий
теплоэнергетики на поглощение солнечного излучения в атмосфере................. 252
5.6.1 Парниковый эффект и проблема изменения климата............................... 252
5.6.2 Поглощение солнечного излучения чистой атмосферой ......................... 254
6
5.6.3 Определение коэффициентов поглощения и функций поглощения
продуктов сгорания при сжигании твердых топлив .......................................... 256
5.7 Выводы по пятой главе .................................................................................... 261
Глава 6 Пирометрирование рабочих сред энергетических установок .................... 264
6.1 Методика пирометрического определения температуры рабочих сред ........ 264
6.2 Опытно-расчетное определение температуры газовой фазы и частиц
конденсированной фазы при факельном сжигании твердых топлив в топке
парового котла БКЗ-210-140Ф ............................................................................... 267
6.2.1 Состав топлива и продуктов сгорания ...................................................... 267
6.2.2 Экспериментальное определение температуры. Характеристики
пирометров .......................................................................................................... 269
6.2.3 Обработка экспериментальных результатов. Определение энергии
теплового излучения и яркостной температуры топочных газов и частиц
конденсированной фазы ..................................................................................... 278
6.2.4 Расчет спектральной излучательной способности топочных газов ......... 285
6.2.5 Результаты определения температуры топочных газов ........................... 286
6.2.6 Программа «Temper» для определения температуры топочных газов .... 288
6.2.7 Программно-аппаратный комплекс по определению температуры
топочных газов в котлоагрегатах при сжигании твердых топлив .................... 290
6.2.8 Расчет спектральной и интегральной излучательной способности
частиц конденсированной фазы ......................................................................... 293
6.2.9 Результаты определения температуры конденсированной фазы ............. 295
6.2.10 Оценка погрешности (неопределенности) измерения температуры...... 298
6.3 Характеристики излучения рабочих сред с учетом температурной
неравновесности газа и частиц и степени выгорания топлива по высоте
топки парового котла БКЗ-210-140Ф .................................................................... 306
6.4 Обсуждение результатов .................................................................................. 311
6.5 Выводы по шестой главе .................................................................................. 315
Заключение ................................................................................................................ 318
Список литературы .................................................................................................... 322
Приложение ............................................................................................................... 360
