Дипломная (вкр): Разработка конструкции лабораторной установки по влиянию магнитного поля на свойства газа в процессе его горения

-газовая горелка; 2-штатив; 3- ОРТО-модификатор ОМТ-5; 4-газовый шланг; 5-регулятор с фиксатором; 6-газовый баллончик

Согласно рисунку 3.9, ОРТО-модификатор 3 при помощи шланга 4 подключен к газовому баллончику 6 с одной стороны и к газовой горелке 1 с другой. В качестве удерживающего устройства для всей установки служит штатив 2.

На рисунке 3.10 показана установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа в размерах

Рисунок 3.10 - Установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа

.2 Принцип работы лабораторной установки

Собранная установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа работает следующим образом. Поток обрабатываемого газа, поступающий из газового баллончика, через входной штуцер модификатора поступает в корпус. Далее через сквозные каналы происходит деление на два потока, затем потоки газа движутся навстречу друг другу к центру модуля с магнитом. Потоки сталкиваются и разворачиваются на заданный угол α (90 градусов), далее попадают в глухие каналы и, двигаясь к периферии модуля вдоль оси Z, попадают в сквозные каналы последующего модуля, после прохождения которых процесс повторяется [8].

На рисунке 3.11 показано движение потоков газа активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.11 - Движение потоков газа в модификаторе

Согласно рисунку 3.11 все четные модули магнитов развернуты относительно нечетных модулей магнитов на угол α (90 градусов) по оси X. Обрабатываемый газ движется по зигзагообразному проточному каналу перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Поток турбулизируется за счет гидродинамического сопротивления, обусловленного формой проточного канала. В турбулентном потоке группы молекул интенсивно трутся и сталкиваются, что приводит к их частичному распаду, уменьшению вязкости и увеличению объемной доли топлива, и, в конечном итоге, повышению активности топлива в окислительных реакциях. Газ, обработанный магнитным полем, через выходной штуцер выходит из корпуса и поступает в горелку.

Конструкция модулей шайб с магнитами, обращенными одноименными полюсами друг к другу, формирует конфигурацию магнитного поля с увеличением индукции за счет компрессии магнитного потока и увеличивает количество зон неоднородного магнитного поля, в этом месте его воздействие на молекулы среды возрастает.

На рисунке 3.12 показано магнитное поле активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.12 - Магнитное поле

Порядок работы на лабораторной установке для исследования влияния магнитного поля на свойства газа проходит в следующем порядке:

Установка магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор (немагнитных дисков из сплава медно-никелевого) в шайбы модулей орто-модификатора ОМТ-5.

Формирование модулей, с образование проточного канала, и фиксация их в модификаторе.

Присоединение крышек и корпусу модификатора.

Присоединение регулятора с фиксатором к модификатору при помощи двух хомутов и отрезка шланга.

Присоединение горелки к модификатору при помощи двух хомутов и отрезка шланга.

Взвешивание газового баллона «Турист» электронными весами МИДЛ ЕНА251.

Занесение показаний весов в таблицу 3.1

Присоединение газового баллона.

Закрепление горелки на штативе, с выставленной высотой.

Открытие клапана с фиксатором.

Одновременный поджиг и включение таймера времени.

Длительность горения три минуты.

Закрытие клапана.

Снятие баллона и взвешивание.

Занесение показаний весов в таблицу 3.1

Испытания проводятся пять раз. Далее, магнитные диски в модулях модификатора заменяются на немагнитные, и исследования повторяются в той же последовательности.

В таблице 3.1 приведена форма для заполнения показаний изменения массы газового баллона «Турист».

Таблица 3.1 - Результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист»

Взвешивание газового баллона «Турист» осуществляется электронными портативными весами МИДЛ ЕНА251.

Технические характеристики электронных весов МИДЛ ЕНА251.

Наибольший предел взвешивания: 500 г.

Дискретность: 0,1 г.

Масса: 112 г.

Размеры платформы: 60х72 мм.

Дисплей: жидкокристаллический.

Габариты: 75х114х15 мм.

На рисунке 3.13 показаны электронные портативные весы МИДЛ ЕНА251

Рисунок 3.13 - Электронные портативные весы МИДЛ ЕНА251

.3 Результаты исследования

.3.1 Исследование изменения масса баллона

В таблице 3.2 приведены результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист».

Таблица 3.2 - Результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист»

На рисунке 3.14 показан график изменения массы газового баллона при использовании магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор и немагнитных дисков из сплава медно-никелевого в шайбах модулей орто-модификатора.

Рисунок 3.14 - График изменения массы газового баллона

По результатам проведенных испытаний выявлено, что предлагаемый орто-модификатор ОМТ-5 для магнитной обработки различных сред позволяет более эффективно использовать газ для последующего применения. Расход сокращается на 12,6%.

.3.2 Исследование формы и характера пламени

Для описания формы и характера пламени сгорания газа используется фотофиксация горелок.

На рисунке 3.15 показано пламя горелки при использовании немагнитных дисков.

Рисунок 3.15 - Пламя горелки при использовании немагнитных дисков

На рисунке 3.16 показано пламя горелки при использовании магнитных дисков.

Рисунок 3.16 - Пламя горелки при использовании магнитных дисков

На рисунке 3.17 показано сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков.

Рисунок 3.17 - Сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков

Для описания формы и характера пламени используются схемы свободных факелов: ламинарного и турбулентного [20].

На рисунке 3.18 показан ламинарный факел.

Рисунок 3.18 -Ламинарный факел:

- чистый газ; 2 - смесь газов и продуктов сгорания; 3 - смесь из продуктов сгорания и воздуха; 4 -конусный фронт пламени

Согласно рисунку 3.18, внутри конусного ядра 1 находится чистый газ, вытекающий из трубки при ламинарном режиме течения. В зоне 2 смесь из газа и продуктов сгорания, в зоне 3 смесь из продуктов сгорания и воздуха. Граница 4 представляет собой гладкий конусный фронт пламени, к которому снаружи диффундируют молекулы воздуха, а изнутри молекулы газа.

Рисунок 3.19 -Турбулентный факел:

- чистый газ; 2 - зона медленного горения; 3 - зона интенсивного горения; 4 -фронт пламени с преобладанием воздуха

Согласно рисунку 3.19, структура пламени состоит из ядра чистого газа 1, зоны сравнительно медленного горения 2, размытой зоны наиболее интенсивного горения 3 с высоким содержанием продуктов сгорания и зоны горения 4 с преобладанием в ней воздуха.

На рисунке 3.20 показан ламинарный факел в сравнении с факелом горелки, где использовались немагнитные диски в модулях модификатора.

Рисунок 3.20 - Ламинарный факел с использованием немагнитных дисков

Согласно рисунку 3.20, можно отметить яркую светимость пламени и заметно просматриваемый конусный фронт. Заметны и четкие границы пламени, характерные для ламинарной формы.

На рисунке 3.21 показан турбулентный факел в сравнении с факелом горелки, где использовались магнитные диски в модулях модификатора.

Рисунок 3.21 - Турбулентный факел с использованием магнитных дисков

Согласно рисунку 3.21, можно отметить, что нет четкого конусного фронта горения, при этом видны отдельные частицы факела, которые раздроблены пульсациями пламени. Процесс горения протекает по всему объему, просматривается повышенная интенсивность горения пламени по аналогии с результатами в работах [21, 22].

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

.1 Магнитный активатор газового топлива

Для дальнейшего технико-экономического основания применения магнитной активации газового топлива, разрабатывалась конструкция, применимая на газовой лини котельной.

Рисунок 4.1 - Магнитный активатор газового топлива

- отверстие фланцевого соединения; 2 - постоянный магнит; 3 -съемные кассеты; 4 -газовое соединение

Согласно рисунку 4.1, магнитный активатор газового топлива состоит из корпуса с закрепленными постоянными магнитами 2. Они являются источником магнитного поля. Сплав магнитов может состоять из неодим-железо-бор. Количество и расположение магнитов зависит от диаметра газопровода. Внутри корпуса располагается модуль, собранный из съемных кассет 3, образовывающих проточный канал для магнитной обработки газа. Количество кассет в модуле зависит от размеров корпуса и диаметра газопровода. Соединение к газовой линии 4 может осуществляется с помощью отверстий для фланцевого соединения 1. Установка размещается на вводе к горелочному устройству газового котла.

На рисунке 4.2 показано место установки магнитного активатора газового топлива.

Рисунок 4.2 - Место установки магнитного активатора

Рисунок 4.3 - Возможный вариант магнитного активатора, устанавливаемого на газовой линии:

- блок управления; 2 - съемные кассеты; 3 - магнитный модуль

Согласно рисунку 4.3, магнитный активатор, установленный на газовой линии, имеет блок управления 1, который управляет параметрами магнитного модуля 3. Блок управления подключается к электрической сети 220 В.

4.2 Расчет экономии топлива при использовании магнитного активатора

Экономическую эффективность использования магнитной активации газового топлива определим по формуле:

где - тариф на природный газ, ;

 - работы котла в году, ;

 - удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии фактический, ;

 - удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии планируемый, .

Удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии фактический рассчитываем по формуле:

где - теплопроизводительность котла ЗИОСАБ - 1000, ;

 - низшая рабочая теплота сгорания топлива, ;

 - КПД котла ЗИОСАБ - 1000, .

.

Удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии планируемый рассчитываем по формуле:

где - удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии фактический, ;

Снижение удельного расхода газового топлива на отпуск тепловой энергии вызвано технологией магнитной обработки.

,

.3 Расчет капиталовложения в мероприятие

К капитальным затратам относятся: затраты на строительство и оборудование новых предприятий, зданий и сооружений, и затраты на реконструкцию, расширение и техническое перевооружение действующих предприятий.

В мероприятия по установке магнитного активатора газового топлива входит стоимость:

оборудования - определяется согласно договорным ценам;