Modris Purmalis. Degšanas intensifikācija ūdens apkures katlā PK-1,6

Detaļas: Publicēts 02 Maijs 2017

Laboratorijas eksperimenti, kas aprakstīti darbā [1], kur deglis tika izmantots kā elektrods, lai radītu ārējo elektrisko lauku (ĀEL, lauks) liesmā starp degli un sildvirsmu (masu), tika ņemti vērā rūpnieciskajos eksperimentos ar katlu PK-1,6, kura nominālā jauda ir 1,6 Gcal/h (1,86MW). Kurināmais: krāšņu un dīzeļdegviela, izstrādata motoreļļa ar aprēķinu siltumspēju Qz, attiecīgi 42,79; 42,62 un 41,36 MJ/kg.

Rūpnieciskajos eksperimentos tika izmantots katla deglis to piemērojot eksperimentu vajadzībām, sk. zīm.1:

Degvielas padeves cauruļvadu un konusu 5 izolēja no masas ar dielektriska materiala caurulēm (zīm.1 parādītas šķērssvītrotā griezumā). Ieslēdzot bloku 6, uz konusu 5 tika padots potenciāls un spraugā starp konusiem 5 un7 radās lauks ar maksimālo intensitāti pie konusa 5 asajām pamatnes 1 malām, kur tieši sākas degvielas izsmidzināšana. Izslēdzot bloku 6, deglis strādāja parastajā katla režīmā.

Eksperimenta sākumā uzstāda izvēlēto bloka 6 spriegumu U, kas nosaka lauka intensitāti E un strāvu I spraugā starp elektrodiem 5 un 7 (masu). Pēc tam ik pēc noteikta laika nolasa un reģistrē katla mēraparātu rādījumus un beigās aprēķina vidējos lielumus. No tiem sastāda katla siltuma bilanci. Tāpat rīkojas pie izslēgta bloka 6 (bez lauka) un vidējos lielumus salīdzina, nosakot starpību ar un bez lauka gadījumos. Galvenie rezultāti parādīti 1. tabulā.

+E1 – elektrods (konuss 5) ar pozitīvu potenciālu, Dm—degļa masa (katla masa) ar negatīvu potenciālu.
P=U∙I – izmantotā jauda
Q1 – lietderīgā katla jauda
B/Q1 – kurināmā patēriņš kilogramos uz 1 MWh saražotās siltuma enerģijas
q1 – katla lietderīgi izmantotais siltums (katla lietderības koeficients KLK)
q2 – ar dūmgāzēm aizejošais siltums
dq1=q1e-q1k, % kur indeksi e-ar lauku un k-bezlauka
Evid – vidējie lielumi ar lauku
Kvid – vidējie lielumi bez lauka
d=Evid-Kvid %=d=(Evid-Kvid)/Kvid*100,%

No 1.tabulas un zīm.2 redzams,ka katla lietderības koeficients KLK pieaug maksimāli par 7,27%, vidēji par 2,44% , bet kurināmā patēriņš uz 1MWh B/Q1 samazinās maksimāli par 6,78%, vidēji par 2,30%.

Bez tam vienlaicīgi uzlabojas degšanas kvalitāte, ko parāda aizplūstošo dūmgāzu analīžu rezultāti 2.tabulā.

n e – brīvo elektronu koncentrācija 1m3 degmaisījumā
n e = I/(1,6∙10-19∙0,444∙Vm), m-3, kur : I – strāvas stiprums starp elektrodiem,A ; Vm – degmaisījuma caurplūde, m3/h.

No 2.tabulas un zīm.3 redzams,ka CO saturs dūmgāzēs samazinās maksimāli par 24,1%, vidēji par 19,30%.

Katla lietderības koeficienta KLK pieaugums un CO samazināšanās saistāma ar brīvo elektronu sadursmēm ar kurinamā un gaisa molekulām degmaisījumā. Sadursmju rezultātā šīs molekulas aktivizējas, aktivācijas enerģija samazinās un degšanas reakcijas intensificējās [2]. Tas atbilst zīm.4 redzamajam ,kur, pieaugot n e, pieaug arī q1.

Arī CO samazināšanās atkarīga no brīvo elektronu koncentrācijas pieauguma kā tas redzams zīm.5.

Bez tam degšanu intensificē izsmidzināto kurināmā daļiņu savstarpējā atgrūšanās, jo tās uz izsmidzināšanas konusa ir ieguvušas vienas polaritātes lādiņus [3] un tas veicina izsmidzinātā
kurināmā sajaukšanos ar gaisu. Šādas konstrukcijas deglis publicēts arī [4,5].

Augstāk minētie spriegums U un strāvas stiprums I ir orientējoši lielumi, kurus var izmantot uzsākot katla ieregulēšanu.

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

Šī degšanas intensifikācijas paņēmiena ieviešanas izmaksas būs daudzkārt mazākas par kurinamā ekonomiju. Izsmidzinātāja izolēšana un taisngriežņa bloka iegāde izmaksās
dažus simtus eiro.

Kas attiecas uz kurināmā ekonomiju, tad, piemēram, ja pieņemam 1kg dīzeļdegvielas cenu 1,00/0,83=1,205 eiro, vidējo kurināmā ekomomiju no 1.tabulas 2,3kg uz 1MWh, tad uz 1000MWh kurināmā ekonomija sastādīs 1,205∙2,3∙1000=2771,5=2800 eiro.

Literatūra

1. Modris Purmalis. Elektriskā lauka ietekme uz liesmas siltuma atdevi sildvirsmai. atklajumi.lv.
2 . Пурмал М.Я. О возможностях использования электрических полей при сжигании топлив в котельных установках. Известия ВУЗ-ов, ЭНЕРГЕТИКА, 1988, №5, сс.70-76.
3. 10.Степанов Е.М., Дьячков Б.Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. М.: Металургия, 1968 ,с.222-227.
4. SU 1211517 Int.Cl. F 23 D 21/00
5. LV Patents Nr.5333 Int.Cl. F 23 D 21/00