Диссертация (1141533), страница 13
Текст из файла (страница 13)
С умножителя напряжение подавалось на кольцевой электрод при помощи изолированного кабеля тонкого сечения.Для контроля получаемого напряжения использовался киловольтметр типа С 96, непредставленный на схеме. Контроль напряжения осуществлялся путём отсоедине-75ния токоведущего кабеля от электрода и приложения его к контакту киловольтметра. Заземлённый киловольтметр показывал напряжение, которое регистрировалось в журнале.3.2.2. Ход эксперимента №2После сборки стенда и закрепления всех необходимых частей установки,происходило поджигание смеси на открытом воздухе. При стабильном факеле пламени горелку с уплотнителем 8 поднимали в кварцевую трубку до плотного прилегания уплотнителя.
Регулировка соотношения газ/воздух происходила по анализууходящих газов, и оптимальным считалось присутствие СО в уходящих газах надостаточно высоком уровне, чтобы наглядно отображать изменения в воздействииэлектрического поля на факел пламени. При добавлении электрического поля, перед каждым повторным замером источник напряжения отключался от электрода, азатем снова подключался для снятия повторных показаний.
Каждое измерение повторялось три раза для усреднения результатов, так как параметры уходящих газовне удалось стабилизировать до точного попадания, возможно это связано с точностью зондов газоанализатора. При добавлении электрического поля на электродфиксировался переходный процесс, характеризующийся резким повышением СОна показаниях газоанализатора до 4000 ppm и выше. После превышения датчикигазоанализатора приходилось продувать воздухом в помещении и, иногда, производить перекалибровку газоанализатора. После момента включения электрического поля, а также регулировки его напряжённости без полного отключения,скачки СО, превышающие возможности газоанализатора, зафиксированы не были.В случаях превышения верхнего предела измерения СО газоанализатором, приходилось прибегать к перекалибровке прибора.3.2.3.
Анализ полученных данныхПервый экспериментальный анализ был произведён с расположением электрода выше среза горелки на 40мм. График изменения температур имеет пик при76наложении на горелку -2 кВ, а также подъём к - 6 кВ. При этом максимальная разница температуры с наложением электрического поля и без составила 25-30 0С. Приэтом термопара, установленная по ходу движения уходящих газов, отражает ихтемпературу и не говорит о температуре пламени. Данные результаты хорошо коррелируются с первым экспериментом, только повышения температуры пришлисьна меньшую напряжённость электрического поля. Это связано с изменением расположения электродов. В эксперименте с тепловизором напряжение прикладывалось к корпусу горелки, а здесь кольцевой электрод расположен ближе к ядру горелки.Температура дымовых газов, 0С450445440435430425420-7-6-5-4-3-2-10U напряжение, кВРисунок 14 - Изменение температуры дымовых газов от прикладываемого напряженияпри сжигании природного газаИзменение температуры дымовых газов от прикладываемого напряженияНаиболее непредсказуемо ведут себя графики кислорода и коэффициентаизбытка воздуха.
При повышении напряжения происходит рост доли кислорода вуходящих газах. Предположительно, это связано с озонированием воздуха и образованием более активного атомарного кислорода и озона, вступающего в реакцию.Повышение избытка воздуха хорошо согласуется с иными исследователяминаправления, неоднократно в литературе отмечалось стабильное горение при предельно низком избытке воздуха.777,3Концентрация О2, %7,16,96,76,56,36,15,95,75,5-7-6-5-4-3-2-10U напряжение, кВРисунок 15 - Изменение О2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании природного газа1,441,421,401,381,361,341,321,30-7-6-5-4-3-2-10U напряжение, кВРисунок 16 - Изменение α в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании природного газаОценка снижения вредных выбросов при наложении электрического поля.Как видно в графике, при повышении напряжения CO2 стремительно снижается на1 %, при этом снижение диоксида азота стало более существенным и с 25 ppm опустилось до 10ppm при 5 кВ, после чего произошёл резкий скачок до стандартногозначения.
Изменение NO2 в дымовых газах от прикладываемого напряженияКонцентрация СО2, %788,88,68,48,287,87,67,4-7-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 17 - Изменение CO2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании природного газаКонцентрация СО, ppm160140120100806040200-7-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 18 - Изменение CO в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании природного газаКонцентрация NO2, ppm3028262422201816141210-7-6-5-4-3U напряжение, кВ-2-10Рисунок 19 - Изменение NO2 в дымовых газах от прикладываемого напряжения присжигании природного газа793.2.4.
Вывод по результатам эксперимента №2По построенным графикам можно разделить воздействие электрическогополя отрицательной напряжённости на 3 этапа:1.До -2 кВ - имеет место слабая зависимость изменения СО и NOx с ло-кальным всплеском температуры на -2кВ, что можно использовать для поднятиятепловыделения в котлоагрегатах при сохранении уровня вредных выбросов и минимизации затрат электрической энергии на поддержание электрического поля.Графики на этом участке ровные, без изменений, либо имеют вид близкий к видуфункции параболы.2.От -2 до -3 кВ, Режим изменения механизма воздействия.
В этом ре-жиме начинается хемионизация частиц с низким порогом активации, поглощаячасть энергии движения ионного ветра, а часть энергии так и остаётся в механизмедвижения ионного ветра. На всех графиках данное значение является точкой перегиба.3.Свыше -3кВ - значения на графиках коэффициента избытка воздуха итемпературы уходящих газов отмечается рост, а на графиках вредных выбросов отмечается спад. В обоих случаях изменения пропорциональны росту напряжения.Механизм воздействия – повышение ионизации и частоты столкновений частиц вофронте пламени.3.3. Планирование эксперимента № 3: изменение СО и NOx приналожении электрического поля на факел сжигания пропан-бутановойсмеси, подаваемой из горелки с наддувом3.3.1.
Цель эксперимента №3Определить оптимальные параметры электрического поля для снижениявредных выбросов при сжигании пропан-бутановой смеси на горелке с раздельнойподачей газа и воздуха с наддувом.803.3.2. Планирование эксперимента №3Чтобы оценить влияние электрического поля на температуру факела пламени, был спланирован двухуровневый двухфакторный эксперимент. Задача планирования будет иметь вид: U=f (CO, NOx), где U - параметр оптимизации, а f (CO,NOx) – функция отклика.
Изменяя напряжение на горелке, будем отслеживать изменения в выбросах СО и NOx при помощи газоанализатора, расположенного навыходе продуктов сгорания. В данном случае охлаждение продуктов сгорания неиспользовалось. На этапе предыдущего эксперимента было установлено, что изменение уровня вредных выбросов пропорционально в высокотемпературной и низкотемпературной зонах уходящих газов. Отличия в абсолютных значениях не влияют на процентное соотношение изменений. Так же, для расширения статистических данных о воздействии электрического поля на факел пламени произведём замер температуры дымовых газов термометром, расположенном в высокотемпературной зоне дымовых газов.
Как было указано в литературном обзоре, при воздействии внешнего электрического поля на факел пламени происходит интенсификация теплоотдачи к поверхности теплообмена, поэтому изменение температуры вданном случае не будет связано напрямую с изменением температуры уходящихгазов в котельной установке, но данная температура отобразит изменения в тепловыделении.3.3.3. Описание экспериментальной установки и методика проведенияэксперимента №3Для проведения эксперимента по снижению выбросов оксидов углерода собран лабораторный стенд для сжигания пропан-бутановой смеси(Рисунок 20). Камера сгорания выполнена из кварцевого стекла с расположенной в ней горелкой.
Вкачестве горелки выбрана горелка с раздельной принудительной подачей воздухаи газа под напором со смешением в теле горелке. Стенд закреплён на столе химическими штативами.81Рисунок 20 - Схема экспериментальной установки определения изменений продуктовсгорания пропан-бутановой смести от наложения электрического поля на факел пламениСостав установки: 1 – горелка; 2 – вентиль регулировки газовой смеси; 3 – вентиль регулировки напора воздуха; 4 – уплотнитель; 5 – закреплённый электрод; 6 – газоотборный зонд;7 – компрессор подачи воздуха на горение из помещенияПродукты сгорания не подвергались охлаждению, анализ проводился на высокотемпературных дымовых газах, температура которых была ниже верхнего предела измерения газоанализатора.
В предыдущем эксперименте было установлено,что изменения состава продуктов сгорания отображаются пропорционально охлаждённым при заборе. Регулировка газа, подаваемого на горение, осуществляласьвинтом 2, при предварительном регулировании давления в шланге при помощи редуктора, расположенного на баллоне.
Далее газ попадал в горелку, где смешивался82с воздухом, подаваемым на горение в стволе горелки. Стенки камеры сгорания выполнены из кварца с внутренним сечением трубки 44мм. В верхней точке установлена термопара 10 для фиксирования изменения в температуре уходящих газов, атакже для более точного регулирования расхода смеси.
Температурные показателиснимались термопарой, расположенной на газоотборном зонде газоанализатора.Электрод 5 был установлен во внутрь кварцевой трубки и соединён с источникомнапряжения. Крепление электрода производилось через отверстие диаметром 2 мм,проделанное в стенке кварцевой трубки. Через данное отверстие выведен провод кисточнику напряжения. Источник напряжения выполнен на основе низкочастотного генератора электрических сигналов Г3-56, на выходе из которого генерировался сигнал напряжённостью до 53В с возможностью плавной регулировки напряжения. Следующим этапом формирования был умножитель электрического тока,который позволял увеличивать напряжение до 10 кВ, и подавать напряжение накольцевой электрод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
