Atklājumi.lv

e-žurnāls par zinātni, cilvēku un rītdienas tehnoloģijām

Pieslēgties Reģistrācija

Pieslēgties

Lietotājvārds *
Parole *
Atcerēties

Izveidot profilu

Fields marked with an asterisk (*) are required.
Vārds *
Lietotājvārds *
Parole *
Parole pārbaudei *
E-pasts *
E-pasts pārbaudei *
Captcha *

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

Kā zināms, ārējais elektriskais lauks (ĀEL, lauks) ietekmē liesmu, izmainot siltuma ģeneratora ražību un kaitīgo izmešu koncentrāciju dūmgāzēs. Darbā apskatīti tvaika katla ar nominālo tvaika ražību 10 t/h un spiedienu 13 atm izmēģinājumu rezultāti, kuros katla lietderības koeficients (KLK) pieaug maksimāli par 6,44%, vienlaicīgi samazinoties gāzes patēriņam uz 1MWh par 7,88% un NOx izmešiem par 22,5%.

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 shēma parādīta zīm.1, skat. arī [7] :

Tm - gaisa un gaisa-gāzes maisījuma (degmaisījuma Vm) temperatūra 473-773 K, kas pieaug virzienā prom no vairoga 6 (zīm.1).
Tmvid - vidējā temperatūra pa ĀEL ietekmes zonām-623 K.
Degmaisījums Vm tiek sasildīts no liesmas IS starojuma, jo gaiss un gāze pirms degļa ir ar vidējo temperatūru attiecīgi 44 un 23°C.
Pm - gaisa un gaisa-gāzes maisījuma spiediens, apmēram 105 H/m2 vai 760 mm Hg.
Pēc augstāk minētā var teikt, ka ĀEL ietekmē vidēji ~ 4000 cm3 degmaisījuma Vm daļu, kuras konusu veido elektroda gala vibrācijas turbulentās plūsmas ietekmē.

Elektrodu laukumi: +FRS=1,57mm2= 0,00000157m2, -- F = 46512 mm2 = 0,046512 mm2, kur indekss RS nozīmē radiālo staru galu kopējo laukumu, bet –F priekšējā vairoga 6 (otra elektroda) laukumu.
-F/+FRS=29625

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 degmaisījumu 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 sazemēts (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 datorprogrammu, kurā atzīmē pie katras katla slodzes, piemēram, 25,50,75,100%, lielumu U, I, P, W, Hi vērtības.

ĀEL ietekme tika pārbaudīta katlos ДKBP-10-13, DE-16-14, DE-25-14, KBГM-10, ПTBM-10 un PK-1,6 ar kurināmo dabas gāzi, mazutu un krāšņu degvielu visur ar pozitīviem rezultātiem.

Kā piemēru var pievest tvaika katla ar nominālo tvaika ražību 10 t/h un spiedienu 13 atm izmēģinājumu rezultātu, kas apkopoti tabulās 1-3, kur Nr. -izmēģinājuma numurs; Nr.0 - bez lauka.

Kurināmais – dabas gāze ar aprēķinu zemāko siltumspēju Qz = 33520 k J/m3.

No 1. un 2.tabulas redzams, ka pielietojot lauku, katla lietderīgi izmantojamais siltums q1 (katla lietderības koeficients KLK),pieaug vidēji par 3,60%, katla jauda Q par 4,76% un samazinās gāzes patēriņš uz 1MWh saražotās siltumenerģijas B/Q par 5%, pie kam vienlaicīgi samazinās NOx izmešu daudzums vidēji par 4%.

Lauka izmantošanas efektivitāte samazinās, elektrodu iebīdot II un III zonā un rezultāti ir sliktāki nekā I zonā [1].

Pēc 2.tabulas redzams, ka klasiskais degšanas process ir pasliktinājies , jo vidējie lielumi ar lauku dCO2 = -0,05% ; dO2 = 0,14% un dα = 0,013, tātad pēc klasikas, katla siltumražībai un jaudai jābūt mazākai. Tomēr pēc tabulām redzams katla lietderības koeficienta un jaudas pieaugums, attiecīgi dq1=3,60% un dQ=4,76%, kam ir praktiska nozīme. Bez tam dūmgāzu temperatūra aiz katla pieaug ,bet arī tai pēc klasikas vajadzēja samazināties. Tas liek domāt, ka klasiskais degšanas mehānisms lauka ietekmē izmainās un papildus rodas kāds cits siltumenerģijas rašanās process.

No zīmējuma 3 redzams, ka ar samērā niecīgu elektroenerģijas patēriņu uz 1 m3 degmaisījuma var panākt ievērojamu katla lietderības koeficienta pieaugumu, bet zīmējums 4 rāda, ka katla siltumražības pieaugums lauka ietekmē dauzkārt pārsniedz elektroenerģijas patēriņu. Šajos izmēģinājumos vidējie dQmeff un W bija attiecīgi 24,75 un 0,012 Wh/m3. Tātad siltumražības pieaugums pārsniedza izmantotās elektroenerģijas daudzumu 24,75/0,012 = 2,1∙103 reizes, kas liecina par to, ka izmantotās elektroenerģijas pārvēršanās siltumā šajā gadījumā praktiski nav vērā ņemama, bet siltumražības pieauguma cēloņi meklējami degšanas reakciju kinetikā par ko rakstīts jau agrāk, piemēram [9].

Līdzīgi rezultāti iegūti katla DE-25-14 izmēģinājumos, kas atspoguļoti rakstā "Siltumapgādes katlu jaudas palielināšana un kaitīgo izmešu samazināšana pielietojot elektrisko lauku" www.atklajumi.lv 09.01.2017.

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.

Secinājumi

1. Ietekmējot katla degļa liesmu ar ārējo elektrisko lauku var panākt katla lietderības koeficienta pieaugumu, kurināmā ekonomiju un vienlaicīgu kaitīgo izmešu samazināšanos.

2. Elektroenerģijas patēriņš lauka uzturēšanai ir daudzkārt mazāks par katla siltumražības pieaugumu, kas saistīts ar degšanas reakciju kinētikas izmaiņām lauka ietekmē.

3. Lauka elektroda elektroda ievietošana deglī neprasa degļa un katla pārbūvi.

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 электрическом поле.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. Modris Purmalis. SILTUMAPGĀDES KATLU JAUDAS PALIELINĀŠANA UN KAITĪGO IZMEŠU SAMAZINĀŠANA PIELIETOJOT ELEKTRISKO LAUKU. 09.01.2017, www.atklajumi.lv

8. Справочник эксплуатационника газифицированных котельних.Под редакцией Е.Б.Столпнера.(1988).Ленинград,1988,сс.549-555.

9. Modris Purmalis. Kurināmā sadedzināšanas paņēmiens. 07.07.2018, www.atklajumi.lv.

 

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.