Modris Purmalis. Siltumapgādes katlu jaudas palielināšana un kaitīgo izmešu samazināšana, pielietojot elektrisko lauku

Detaļas: Publicēts 09 Janvāris 2017

Kā zināms, ārējais elektriskais lauks (ĀEL) ietekmē liesmu, izmainot siltuma ģeneratora ražību un kaitīgo izmešu koncentrāciju dūmgāzēs. Darbā apskatīti tvaika katla DE-25-14 izmēģinājumu rezultāti, kuros katla lietderības koeficients (KLK) pieaug maksimāli par 6,87%, vienlaicīgi samazinoties gāzes patēriņam uz 1MWh par 8,15% , NOx un CO izmešiem attiecīgi par 4,4 un 24,5%%.

Laboratorijas eksperimenti par ĀEL ietekmi uz degšanu publicēti daudz, piemēram [1,2], tomēr interese par rūpniecisko pielietošanu plašāk parādījusies pagājušā gadsimta beigās un aizvien turpina pieaugt [3,4,5,6]. Jāatzīmē, ka agrākie kaitīgo izmešu samazināšanas paņēmieni kā, piemēram, ūdens izsmidzināšana liesmā, dūmgāzu recirkulācija uc., samazina katla lietderības koeficientu. ĀEL pielietošanas gadījumā vienlaicīgi pieaug KLK un
samazinās kaitīgie izmeši. Eksperimentu shema parādīta zīm.1:

1-nihroma stieples elektrods izolācijas caurulē; 2-elektroda fiksators; 3-centrālā gāzes degļa skatlūkas
caurule; 4 - degļa gaisa reģistrs-turbulizators; 5 – gredzenveida gāzes izplūdes kolektors; 6 – degļa
priekšējais vairogs D=250mm(otrs elektrods-masa). – degmaisījuma GGM zona, kurās tiek iebīdīts
elektrods 1, izmainot tā garumu le un izlādes attālumu Hi; – degšanas zona; – dūmgāzu zona.

ĀEL ietekmes zonu raksturojums:

ĀEL ietekmes zona.
ĀEL ietekmes gaisa zona.

Tggm - gaisa un gaisa-gāzes maisījuma GGM (degmaisījuma Vm) temperatūra 473-773 K, kas pieaug virzienā prom no vairoga 6 (zīm.1).
GGM tiek sasildīts no liesmas IS starojuma, jo gaiss un gāze pirms degļa ir ar vidējo temperatūru attiecīgi 40 un 20°C.

Pggm - gaisa un gaisa-gāzes maisījuma spiediens, apmēram 10^5 H/m2 vai 760 mm Hg.
Pēc augstāk minētā var teikt, ka ĀEL ietekmē vidēji ~ 4000 cm3 GGM daļu, kuras konusu veido elektroda gala vibrācijas turbulentās plūsmas ietekmē.

Katla esošajā deglī (zīm.1) ievietots izolēts elektrods 1 ar aktīvo darba galu no radialiem nihroma stieples ar diametru de stariem un stara garumu ls (skats A: a) –RS) vai ar staru kūli (skats A no sāniem: b)- SK). Ar fiksatoru 2 ir noteikts elektroda garums le un izlādes attālums Hi un tas nosaka kurā liesmas zonā
atrodas elektroda 1 aktīvais darba gals ko vizuāli var redzēt caur skatlūku 3. Gaisu padod caur degļa gaisa reģistru 4 , kur tas iegūst virpuļveida kustību un
virzās pa gaisa zonu cauri gredzenveida gāzes kolektoram 5, kur tas sajaucas ar perpendikulāri izplūstošajām gāzes strūklām izveidojot gaisa-gāzes maisījumu GGM (Vm).

Kā otro elektrodu izmanto degļa priekšējo vairogu 6 ap caurules 3 galu, to sazemējot caur degļa un katla masu. Elektrods 1 pieslēgts augstsprieguma
ģeneratoram BC-20-10, kura otrs izvads arī ir sazemots (zīm. 2). Ieslēdzot ģeneratoru, lauks rodas starp elektroda 1 staru galiem un vairogu 6 , kā tas
parādīts zīm.1 ar ārējām raustītajām (sarkanajām ) līnijām un tas ietekmē arī degļa gaisa zonu ar iekšejām raustītajām (zilajām) līnijām.

Lauka intensitāti E nosaka izlādes attālums Hi pēc sakarības E=U/Hi.

E un I pie noteiktiem Hi , L,B regulē ar strāvas ģeneratora spriegumu U.Praktiski to nosaka pie katla ieregulēšanas, darbinot katlu ar un bez lauka ietekmes un pēc šim rezultātiem sastādot katla darba režīma karti vai datorprogramu, kurā atzīmē pie katras katla slodzes, piemēram, 25,50,75,100%, lielumu U, I, P, W ,Hi vērtības.

ĀEL ietekme tika pārbaudīta katlos DKVR-10-13,DE-16-14,DE-25-14,KVGM-10,PTVM-10 un RK-1,6 ar kurināmo dabas gāzi, mazutu un krāšņu degvielu,
praktiski visur ar pozitīviem rezultātiem.

Kā piemēru var pievest tvaika katla DE-25-14 ražību 25 t/h un spiedienu 14 atm izmēģinājumu rezultātu, kas apkopoti tabulās 1-3, kur Nr.-izmēģinājuma numurs; Nr.0-bez lauka.

Kurināmais – dabas gāze ar aprēķinu zemāko siltumspēju Qz = 34650 k J/m3.

q1= (Q∙1000∙3600)/(B∙Qz)∙100, %
q2 aprēķināts pēc Raviča [7]
Q = B∙Qz∙q1/100/1000/3600,MW

Gaisa pārpilnības koeficients aiz katla pirms ekonomaizeriem α =CO2max/CO2

No 1. un 2.tabulas redzams, ka pielietojot lauku, katla lietderīgi izmantojamais siltums q1 (katla lietderības koeficients KLK),pieaug vidēji
par 3,12 %, un samazinās gāzes patēriņš uz 1MWh saražotās siltumenerģijas B/Q par 3,72 %, pie kam vienlaicīgi samazinās NO x izmešu daudzumu par 7% un CO par 22%.

Pēc 2.tabulas redzams, ka klasiskais degšanas process ir pasliktinājies , jo vidējie lielumi ar lauku d CO2=-0,35% ; d O2=0,19% un dα=0,063, tātad, pēc klasikas, katla siltumražībai un jaudai jābūt mazākai. Tomēr pēc 2. tabulas redzams katla lietderības koeficienta un jaudas pieaugums, attiecīgi dq1=3,12% un d (B/Q) = - 3,72%, kam ir praktiska nozīme. Tas liek domāt, ka klasiskais degšanas mehānisms lauka ietekmē izmainās un papildus rodas kāds cits siltumenerģijas rašanās process.

ĀEL pielietošana neprasa katla un degļa pārbūvi, kā arī lielas izmaksas. Elektrodu ievieto esošajā deglī, piemēram, caur esošo skatlūku un pieslēdz ar kabeli
augstsprieguma blokam, kura vietā var izmantot esošo aizdedzes transformatoru.Tālāk seko iekārtas ieregulēšana, lai noteiktu optimālos U,I un Hi
katram katla darba režīmam. Elektrods, kabelis un jauns bloks izmaksās dažus simtus euro.

LITERATŪRA

1.I.Barmina,M.Purmalis,R.Valdmanis,M.Zake.Electrodynamic Control of the Combustion Characteristics and Heat Energy Production. Combustion Science and Technology,Volume 188,Issue 2,pp.190-206,2016. www.scilit.net/article/10.1080/00102202.2015.1088010
2. М.В.Заке, М.Я.Пурмал, В.А.Сермулиньш, И.Н.Ятченко.(1987)Оптические и электрофизические свойства пламени пропана во внешнем электрическомполе.Известия АН ЛатССР, Серия физических и технических наук,1987,№4,сс.109-115.
3. M.Zake, M.Purmals. Effects of DC field-enhanced heat transfer on NO x formation in a flame flow. International Scientific Colloquium Modelling of Material Processing. Riga, May 28-29, 1999, pp.104-109.
4. Пурмал М.Я. О возможностях использования электрических полей при сжигании топлив в котельных установках. Известия ВУЗ-ов, ЭНЕРГЕТИКА, 1988, №5, сс.70-76.
5. Д.П.Турлайс,В.П.Гривцов,Д.Е.Русов,М.Я.Пурмалис.(2006) Исследования влияния электрического поля при сжигании мазута в промышленных
установках.4-ая Российская национальная конференция по теплобмену (РНКТ-4),23-27.10.2006,Москва. Труды 4-ой РНКТ (2006).Том 3,сс.327-328.
www.rnhtc.ru/year/2006/lib.3-327.pdf
6. Сlear Sign Electrodynamic Combustion Conntrol Technology htpp://www.clearsign.com/technology/ ,pp.4-6.
7. Справочник эксплуатационника газифицированных котельних.Под редакцией Е.Б.Столпнера.(1988).Ленинград,1988,сс.549-555.