Дипломная работа: Расчетно-экспериментальные исследования влияния магнитного поля на эффективность сгорания газового топлива

Таблица 4.2 - Результаты исследования

По результатам проведенных испытаний выявлено, что время закипания воды с магнитным модификатором составляет 591 секунду, без подключения модификтора к лабораторному источнику питания 610 секунд. Экономия времени закипания составит Дф = 3%. Время закипания прямо пропорционально расходу топлива, потраченного на нагрев горелочным устройством емкости с водой. Следовательно, экономия расхода топлива составит ДB = 3%.

4.4 Проект размещения лабораторной установки в учебной лаборатории

Разработанный стенд может быть внедрен в образовательный процесс кафедры теплогазоснабжения и вентиляции (ТГВ) Вологодского государственного университета (ВоГУ) по профилям подготовки бакалавриата: «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленная теплоэнергетика»; по магистерским программам: «Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий» и «Технология производства электрической и тепловой энергии».

Влияние магнитной индукции на процесс сгорания газового топлива, заложенное в изучение лабораторного стенда, возможно применить в следующих образовательных дисциплинах:

- «Тепломассообменные процессы и установки».

- «Теория горения и взрыва».

- «Теплогенерирующие установки».

- «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях».

Стенд предполагается разместить в учебном корпусе ВоГУ №3 в аудитории №8 кафедры ТГВ.

На рисунке 4.7 показана аудитория №8 с возможным местом размещения лабораторного стенда, выделенного красной зоной.

Рисунок 4.7 - Место размещения лабораторной установки

На рисунке 4.8 представлен план размещения лабораторной установки в учебной аудитории №8.

Рисунок 4.8 - План размещения установки

На рисунке 4.9 показан разрез 1-1 плана учебной аудитории №8.

Рисунок 4.9 - Разрез 1-1 плана учебной аудитории

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКое основание применения МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ газового топлива

5.1 Магнитный активатор газового топлива

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

Рисунок 5.1 - Магнитный активатор газового топлива

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

Согласно рисунку 5.1, 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 5.2 показано место установки магнитного активатора газового топлива.

Рисунок 5.2 - Место установки магнитного активатора

Рисунок 5.3 - Возможный вариант магнитного активатора, устанавливаемого на газовой линии:

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

Согласно рисунку 5.3, магнитный активатор, установленный на газовой линии, имеет блок управления 1, который управляет параметрами магнитного модуля 3. Блок управления подключается к электрической сети 220 В.

5.2 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.

.

5.3 Расчет объемов капиталовложений

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:

1) оборудования - определяется согласно договорным ценам;

2) проектных работ - до 10% от стоимости строительно-монтажных работ;

3) строительно-монтажных работ - 25-30% от стоимости оборудования;

4) пуско-наладочных работ - 3-5% от стоимости оборудования.

В таблице 5.1 приведены основные укрупненные капиталовложения.

Таблица 5.1 - Укрупненные капиталовложения

5.4 Расчет срока окупаемости магнитного активатора топлива

Срок окупаемости мероприятия по установке магнитного активатора газового топлива определяется по формуле:

где - капиталовложение мероприятия, ;

- экономическая эффективность, .

5.5 Разработка товарного знака магнитного активатора газового топлива

На рисунке 5.4 показан возможный вариант товарного знака Gas Magnetic для установки магнитного активатора газового топлива.

Рисунок 5.4 -Возможный вариант товарного знака Gas Magnetic

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По итогам магистерской диссертации были разработаны:

1) Конструкция лабораторной установки по влиянию постоянного магнитного поля на свойства газа в процессе его горения. Она позволила исследовать форму и характер пламени, а также зафиксировать изменение массы газового топлива с использованием магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор в сравнении с немагнитными дисками из медно-никелевого сплава.

2) Конструкция лабораторной установки по влиянию переменного магнитного поля на свойства газа в процессе его горения. Она позволила исследовать влияние магнитной индукции на процесс горения топлива с определением времени закипания воды.

Произведена оценка экономической эффективности создания промышленной установки для реализации магнитной обработки.

В главе 1 произведён обзор оборудования для магнитной обработки жидкого и газообразного топлива из Internet - ресурсов, а также информационных ресурсов в области полезных моделей и изобретений, полученных на аналогичные устройства по данным ФИПС (Роспатент). Выявлены общие недостатки существующих устройств и сделан вывод, что широкому внедрению магнитной обработки топлив в народное хозяйство в значительной степени препятствует отсутствие простых и надежных методов контроля эффективности омагничивания. Произведён анализ нормативных документов, представленных устройств и сделан вывод, что в настоящее время нет существующих нормативных документов, стандартизирующих устройство и их работу. Таким образом, дальнейшее изучение и разработка подобных активаторов топлива должны быть направлены на составление общих технических условий.

В главе 2 произведен анализ исследований по влиянию магнитного поля на свойства углеводородного топлива на автотранспорте, а также анализ конструкции установки для исследования влияния на свойства природного газа импульсного магнитного поля в процессе его горения, конструкции стенда по определению пропускной способности и концентрации CO₂, конструкции установки по определению полноты сгорания топлива в электрическом поле

Собственными силами разработана лабораторная установка для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него постоянного магнитного поля. В главе 3 описан принцип работы лабораторной установки и представлены результаты исследования по изменению массы баллона, формы и характера пламени.

Для устранения существующих недостатков лабораторной установки (главы 3) был разработан инновационный межкафедральный проект кафедры управляющих и вычислительных систем с участием кафедры теплогазоснабжения и вентиляции. В главе 4 описан принцип работы новой лабораторной установки, представлены результаты исследования и план размещения установки в учебной аудитории.

Разработана конструкция устройства по магнитной активации газового топлива, применимая на газовой лини котельной и описанная в главе 5. Выполнено технико-экономическое основание возможности применения магнитной активации природного газа перед сжиганием в энергетической установке.

Техническим результатом магистерской диссертации является следующее:

1) Сокращение расхода газового топлива при воздействии на него постоянного магнитного поля на 12,6 %, при этом магнитное поле влияет на характер пламени.

2) Сокращение расхода газового топлива при воздействии на него переменного магнитного поля на 3%. В сравнении с воздействием постоянного магнитного поля, показатель является более точным. Он был использован для расчета экономической эффективности.

3) Экономическая эффективность использования магнитной активации газового топлива на котле ЗИОСАБ - 1000 составляет 83902,5 тыс. руб./год.

4) Срок окупаемости мероприятия по установке магнитного активатора газового топлива на котел ЗИОСАБ - 1000 составит 2,6 года.

Научным результатом магистерской диссертации является определение условий снижения расхода топлива за счет воздействия магнитного поля на турбулизированную движущуюся топливную смесь перед ее сжиганием.

Научные достижения:

1. Выступление с докладом на научном мероприятии по популяризации науки Science Slam Vologda от 01.12.2015 г.

2. Публикация научной статьи в журнале «НоваИнфо»: Русаков, Д.О. Исследование эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля / Русаков, Д.О. // Novainfo. 2016. № 47-1. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.novainfo.ru/article/6630http://soyuzintellect.su/aktivator-topliva/4-aktivator-topliva.html (дата обращения: 01.06.2018).

3. Участие в конференции European Research: Innovation in Science, Education and Technology, издательство «Проблемы науки», г. Москва.

4. Публикация научной статьи в журнале «European research»: Русаков, Д.О. Магнитная обработка газового топлива / Русаков Д.О. // European research. - 2016. - № 6. - С. 33-36.

5. Участие в межрегиональной научной конференции в рамках Х Ежегодной сессии аспирантов и молодых ученых, ВоГУ.

6. Публикация научной статьи в журнале «Материалы межрегиональной научной конференции Х ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых»: Русаков, Д.О. К разработке экспериментального стенда по изучению влияния магнитного поля на структуру газового топлива / Русаков Д.О. // Материалы межрегиональной научной конференции Х ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых. 2016. - № 2. - С. 105-108.

7. Участие в международном научно-инновационном форуме «Инновологда 2016».

8. Участие в конкурсе ВКР по направлению 08.03.01 «Строительство» профиль подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция», ВоГУ.

9. Участие в конференции International scientific review, издательство «Проблемы науки», г. Москва.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Super Fuel Max FAQ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.o-fuel.ru/faq.html (дата обращения: 26.02.2018).