Диссертация (1141533), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Относительное увеличение температуры имеет экстремум при напряжённости~250кв/м. По мнению авторов [47] [75] [76], механизм воздействия – кинетический(прямое воздействие внешнего электрического поля(ВЭП) на кинетику химическихреакций), однако точной схемы установки не представлено.е)Интенсификация процесса теплоотдачи от факела пламени.
Дости-жение этих результатов позволит более эффективно использовать теплоотводящиеповерхности котла, увеличить количество теплоты, полученной в топке котла, позволит сократить габаритные размеры при проектировании котлоагрегата с сохранением вырабатываемой мощности. Краткое описание особенностей эксперимента: электрическое поле создавалось между пропановой горелкой и заземлённойжаровой трубой. Наложение ВЭП приводит к интенсификации процесса передачитепла от продуктов сгорания к воде. Наибольший прирост теплоотдачи составил18,8% [76] при подачи на горелку положительного потенциала 8 кВ.
Температурапродуктов сгорания на выходе из жаровой трубы увеличилась с 310 К (U=0) до 331К (U=6кВ). Результат объясняется влиянием ВЭП на кинетику химических реакций, вследствие чего уменьшается энергия активации молекул и увеличиваетсяскорость горения топлива. Эти факторы приводят к снижению потерь тепла за счётнеполного сгорания топлива. Электрическая мощность при наложении ВЭП составила ~0,1Вт.ж) Интенсификация горения – повышение энерговыделения топлива посредством более эффективного сгорания или снижения энергии активации прохождения химической реакции [77]. Это позволит более эффективно использовать существующие топливные запасы планеты, получать больше энергии с единицы топлива.
Данные исследования представлены рядом авторов ( [78] [78] и др.). под общим названием - электрокаталитическая интенсификация горения твёрдого и газообразного топлива. При проведении химической реакции на катализаторе в зоне35барьерного разряда интенсификация осуществляется за счёт изменения окислительной способности системы. Окисление энергетически возбуждённых атомов,ионов или ион-радикалов происходит спонтанно или при минимуме энергетических затрат. При электрокаталитической активации, при горении ( − 2 −2 ) достигается снижение энергии активации эндотермической составляющей первой стадии горения – разложения углеводородов на углеводородный радикал и протон.
Снижение затрат приводит к экономии топлива на 15-25% [78]. Экспериментальные подтверждения представлены сжиганием двух калиброванных порцийугля в камере сгорания с передачей тепла к ёмкости с водой. Электрод расположенпод подовой сеткой. При воздействии внешнего электрического поля степень выгорания угля выросла на 17,45%, тепловыделение, в свою очередь, увеличилось на26,8%. При аналогичном эксперименте с газом экономия топлива составила 14,6%,схема установки не приводится, но отмечается критичность времени пребываниягаза в зоне реакции.
Наиболее эффективное напряжение на электроде 6кВ, потребляемая мощность электрического поля не превышает 5-10% от суммарного эффекта. Так же встречаются схожие исследования с терминологией вепольного горения автора Громцева А.С., Громцева С.А. и Пурмал М.Я. ( [79], [80], [81])з)Снижение вредных выбросов оксидов углерода и азота. В настоя-щее время нормативы удельных выбросов твердых частиц, оксидов азота и серыдля новых котлов регламентируются государственным стандартом ГОСТ Р 5083195. В стандарте предусмотрены два уровня нормативов, ограничивающих загрязнение атмосферы при строительстве новых, при техническом перевооружении ирасширении действующих технико-экономических обоснований (ТЭО) на период,соответственно, до и после 2000 г. Величины допустимых удельных выбросовопределены в зависимости от норматива для тех котлов, которые в ближайшиегоды будут выводиться из эксплуатации.
Для остальных котлов нормативы удельных выбросов устанавливаются с учетом лучших экологических показателей, до-36стигнутых в эксплуатации, а также с учетом мощности котельных установок, сжигаемого топлива, возможностей размещения нового и показателей имеющегосяпыле-, газоочистного оборудования [82].Вредные выбросы оксидов азота присутствуют при сжигании любых видовтоплива и в больших количествах, поэтому снижение этого вида вредностей представляет наибольший интерес. NOx появляется в результате реакции окисления и взависимости от вида топлива и характеристик прохождения реакции выделяют триосновных механизма образования вещества [83]:1.Термический механизм – непосредственное окисление азота кислоро-дом в высокотемпературных зонах.
Механизм является преобладающим в традиционных камерах сгорания с раздельной подачей топлива и окислителя. Накопленные теоретические и экспериментальные данные говорят о чрезвычайной сложности снижения эмиссии NOx до приемлемого уровня при различной подаче окислителя и топлива. Камеры сгорания с предварительным смешением компонентовсмеси демонстрируют 2-4 кратное снижение эмиссии NOx. При регулировании ужесуществующих установок положительный эффект приносит изменение составатопливной смеси и снижение температуры в зоне реакции – изменение этих характеристик приводит к уменьшению роли термического механизма. Механизм достаточно полно описан Зельдовичем [84]:2.2 + ↔ + (5) + 2 ↔ + .(6)Быстрый механизм – образуется в начальной зоне разложения угле-водородного топлива, реакции образования обладают небольшой энергией активации и возможны при температурах около 1000К: + 2 ↔ + (7) + 2 ↔ + (8) + ↔ + (9) + ↔ + (10)373.
+ ↔ + (11) + ↔ + .(12)N2O механизм – через реакции с образованием N2O как промежуточ-ного вещества. По утверждениям зарубежных источников [14], при воздействииэлектрического поля на пламя происходит снижение эмиссии CO до 60% и NOx до40% при сжигании газа. При электрокаталитической интенсификации горения [78]твёрдого топлива наблюдается снижение содержания во вредных газах СО 2 на 6080%, оксидов азота - до 40%, альдегидов и бензапирена - до 40-55%, сажи - до 60%,при этом механизм данных результатов [78] не описывают, а лишь приводят полученные данные. В источнике [14] описан механизм воздействия как ограничениенаправленности радикалов СО и NOx, расположенных у стенки камеры сгорания кцентру реакции, тем самым большее количество радикалов участвует в высокотемпературной зоне реакции, а не протекает в низкотемпературных зонах (Рисунок 2).При этом, ионный ветер уносит часть электронов к заземлённой горелке, снижаяих концентрацию в зоне реакции.
Также выявлено, что диаметр электрода имеетболее важное значение, чем расстояние от среза горелки. Электрическая мощностьна поддержание электрического поля при механизме воздействия ионным ветромсоставила 0.001-0.01% от тепловой мощности газовой горелки, что характеризуетзатраты на использование данных результатов как крайне низкие.Рисунок 2 - Прохождение турбулентного пламени предварительно перемешаной смеси безэлектрода слева и с электродом справа38Выводы по главе 1Исследования конденсационной техники применительно к котельным установкам нашли широкое распространение в научной литературе, а также подтверждение использования на действующих котельных установках.
Они действительнопомогают поднять эффективность использования топлива. При этом существуюттри потенциальные проблемы установки конденсационных теплообменников: коррозионная незащищённость стальных элементов теплообменников, высокая сложность реконструирования котельной (требуется изменять тепловую схему котельной установки, а также располагать местом для размещения конденсационного теплообменника в газовоздушном тракте котельной), сложность использования конденсата ввиду его высокой коррозионной активности.Воздействие электрического поля на факел пламени - широчайшая тема дляприменения в топливоиспользующем оборудовании. Эксперименты воздействияэлектрического поля на пламя говорят о пригодности использования электрического поля в топках теплогенераторов для улучшения технико-экологических показателей.
В ходе литературного обзора выявлены статьи и публикации по направлению воздействия различных электрических полей на характеристики горения. Поанализу литературных источников выявлены следующие воздействия, потенциально улучшающие технико-экологические характеристики котельной:1)Увеличение скорости распространения фронта пламени и увеличениеудельного расхода смеси – связанные между собой изменения, в перспективе позволяющие сжигать большее количество топлива в топке котельной без перегревадальней стенки топки, в которую устремляется факел пламени.2)Стабилизация пламени позволит сжигать топливо с переменным соста-вом (например, попутные газы при добыче полезных углеводородных ископаемых).
Готовое газовое топливо имеет стабильные характеристики, поэтому даннаяособенность в исследованиях диссертация не является ключевой и не является темой исследования.393)Изменение формы пламени и интенсификация теплоотдачи интенсифи-кация горения несут в себе потенциал по оптимизации формы факела в топке котельной для улучшения полноты сгорания топлива и оптимизации теплоотдачи повсей поверхности топки.4)Снижение вредных выбросов СО и NOx положительно сказывается наэкологической обстановке и, при существенном снижении, позволит располагатьновые котельные в зонах с высокой приземной концентрацией вредных выбросов.Все вышеперечисленные факторы являются ключевыми с точки зрения выработки теплоты в котельных установках. Воздействие электрического поля на факел пламени затрагивает фундаментальные характеристики реакции горения топлива.
Электрическое поле, внесённое в топку, будет являться новым инструментом,регулирующим работу котельной установки. При этом отсутствует модель воздействия электрического поля на реакцию горения, вследствие чего невозможно предсказать параметры электрического поля для эффективного изменения работы котельной установки в каком-либо из перечисленных направлений. Наиболее эффективным видом воздействия электрического поля на пламя в анализируемых литературных источниках является постоянное или импульсно-периодическое электрическое поле отрицательной напряжённости.40ГЛАВА 2. МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯВ ТОПКЕ КОТЛА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИКВ данной главе произведено математическое моделирование и обоснованиепредлагаемогометодавоздействиянатеплотехническиехарактеристикикотлоагрегата внешним электрическим полем.Горение газовой смеси происходит в несколько этапов (Рисунок 3).
Первымэтапом является нагрев холодной смеси до температуры самовоспламененияпосредством передачи теплоты от более горячих слоёв факела. На данном этапетопливно-воздушная смесь является перемешаной газовой смесью с заданнымкоэффициентомизбыткавоздуха.Температурасамовоспламененияхарактеризуется началом экзотермической реакции процесса окисления топлива.При этой температуре происходит переход газового облака топливно-воздушнойсмеси в плазму с высокой концентрацией заряженных частиц, а так же начинаетсявыделение теплоты в ходе химической реакции.При завершении реакцииокисления, плазма меняет своё агрегатное состояние, снова возвращается в газовуюфазу в виде продуктов сгорания. В этот момент газовое тело имеет максимальнуютемпературусистемы,котораяноситназваниежаропроизводительности.Концентрация заряженных частиц становится низкой относительно плазмы и непозволяет говорить о воздействие на таковые частицы внешним электрическимполем, но не исключает воздействие ионного ветра на поток газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
