Atklājumi.lv

Modris Purmalis. Elektriskā lauka pielietošana degšanas intensifikācijai. Lauka elektrods ūdens apkures katlā PK-1,6

2. Rūpnieciskie eksperimenti ar katlu PK-1,6

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) kā arī darbā
[2] aprakstītie eksperimenti, kuros izmantoja atsevišķu lauka elektrodu, tika ņemti vērā rūpnieciskajos eksperimentos ar katlu PK-1,6 , kura nominālā jauda ir 1,6 Gcal/h (1,86 MW).

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:

Zīm.1 1 – degļa korpuss, 2 – gaisa ievads, 3 – izejas sprausla, 4 – degvielas kolektors, 5 – degvielas izsmidzināšanas konuss ar asām pamatnes malām, vienlaicīgi kalpo kā elektrods un izolēts no masas, 6 – augstsprieguma taisngrieža bloks B-6,5/13-30 ar Unom=6,5;13Kv un Inom=30m A, 7 – degļa iekšējais konuss, 8 – pārslēdzējs uz variantu pēc [3], 9 – pārslēdzējs uz variantu ar centrālo lauka elektrodu 10, 10 – centrālais lauka elektrods E5 no nihroma stieples, 11 – elektroda E5 izolācijas caurule.

Eksperimenta sākumā uzstāda izvēlēto bloka 6 spriegumu U, kas nosaka lauka intensitāti E un strāvu I caur degmaisījumu starp elektroda E5 neizolēto darba galu un degļa korpusu 1 vai
sprauslu 3 (masu) atkarībā no uzstādītā elektroda E5 garuma. 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.

–E5 – elektrods 10 ar negatīvu potenciālu, D – degļa masa (katla masa) ar pozitīvu potenciālu.

P=U∙I – izmantotā jauda ; Pv = P/Vm, kur : degmaisījuma patēriņš Vm = VB+Vgsn, m3/h

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.

Q1 – lietderīgā katla jauda

Qeff=Q1+Q2 – Q3+Q5, kur : Q1 – lietderīgi izmantotais siltums, Q2 – siltuma zudumi ar aizplūstošajām dūmgāzēm, Q3 – siltuma zudumi no ķīmiski nepilnīgas sadegšanas, Q5 – siltums caur katla un kurtuves ārējām virsmām. Q2 un Q5 tiek pieskaitīts Q1, jo eksperimentos mūs interesē viss siltuma daudzums, kas izdalās degšanas procesā.

q1= (Q1/1000/Qz/B)∙100, % – katla lietderīgi izmantotais siltums %%, kur : Qz – kurinamā zemākā siltumspēja, kWh/kg, B – kurināmā daudzums, kg/h

dq1=q1e – q1k, % kur indeksi e – ar lauku un k – bezlauka

qeff=q1+q2 – q3+q5, % dqeff = dqeff e – dqeff k, %

Evid – vidējie lielumi ar lauku

Kvid – vidējie lielumi bez lauka

d=Evid – Kvid %=d=(Evid-Kvid)/Kvid*100,% 

Zīm.2 q1 un qeff izmaiņas dq1 un dqeff atkarībā no izmantotās elektriskās jaudas Pv, W/m3. No 1.tabulas redzams, ka dq1 vidēji pieaug par 2,34% un dqeff par 2,31%, bet maksimali,attiecīgi , par 4,48 un 4,56 %%, kam ir praktiska nozīme.

Zīm.2 parāda negatīvu ekstremumu līdz apmēram Pv=3,0E-06 W/m3, ko izskaidro ar lauka energijas zudumiem, lai pārorientētu dipolu molekulas atbilstoši lauka spēka līnijam [4].

Izmantotā elektriskā jauda P ir robežās no 12-24 W,tātad izmantota ir ļoti maza elektriskā jauda, salīdzinot ar iegūto katla siltuma jaudas pieaugumu d Q1 vai d Qeff un strāvas izdalītais siltums (džoula) nav ņemams vērā. Izskaidrojums meklējams brīvo elektronu elastīgajās [5] un neelastīgajās sadursmēs [6] ar gaisa un kurināmā molekulām, kas izmaina to enerģiju un kinētiku [7,8].

Variantā -E5+D elektroda E5 galā rodas negatīvā koronas izlāde, kuras jonizacijas zonā rodas elektronu lavīna, kas virzās uz pozitīvo elektrodu +D, atstājot aiz sevis pozitīvo jonu mākoni,kas, savukārt, lēni virzās uz negatīvo elektrodu E5. Aiz jonizacijas zonas rodas uz pozitīvo elektrodu +D virzīta elektronu un negatīvo jonu plūsma, kuri rodās no elektronu pielipšanas neitrāliem atomiem un molekulām un tāpēc brīvo elektronu skaits šajā plūsmā krasi samazinās. To zināmā mērā var attiecināt arī uz zīm.3, kur dqeff un dq1 pieaug līdz apmēram n e =1014m-3, bet pēc tam samazinās.

B/Q1 – kurināmā patēriņš kilogramos uz 1 MWh saražotās siltuma enerģijas d(B/Q1) – kurināmā patēriņa uz 1 MWh ar un bez lauka starpības.

No 2.tabulas redzams,ka kurināmā ekonomija vidēji sastāda 2,38%, maksimāli – 5,44%. Kurināmā ekonomija ir apgriezti proporcionāla katla siltumražības ar un bez lauka starpības izmaiņām kā tas redzams zīm.4, kur posmu apmēram līdz Pv=3∙10-6 var attiecināt uz iepriekš sacīto par zīm.2 līkni un [4].

Zīm.5 O2 satura dūmgāzēs izmaiņas atkarībā no CO2 satura ar lauku un bez lauka. Zīm.5 redzams,ka O2 saturs dūmgāzēs ar lauku pieaug līdz ar CO2 pieaugumu, kas neatbilst
klasiskajam degšanas procesam bez lauka, kur, paaugstinoties CO2 saturam, O2 saturs samazinās. Tas nozīmē, ka lauks izmaina klasisko degšanas reakciju kinētiku par ko tika minēts
arī [9].

Šī degšanas intensifikācijas paņēmiena ieviešanas izmaksas būs daudzkārt mazākas par kurinamā ekonomiju. Elektrodu E5 var izgatavot uz vietas 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, kurināmā patēriņu uz 1000 MWh 120t, vidējo kurināmā ekomomiju no 2.tabulas 2,38% ,tad uz 1000MWh kurināmā ekonomija sastādīs 120∙1000∙1,205∙0,0238=3440 eiro.

Šādas technoloģijas ar lauka izmantošanu katlu agregātos un gāzes turbīnās pēdējos gados sākusi pielietot Clear Sign Combustion korporācija [10,11].

Literatūra

1. Modris Purmalis. Elektriskā lauka ietekme uz liesmas siltuma atdevi sildvirsmai. Atklajumi.lv.
2. Modris Purmalis. Elektriskā lauka pielietošana degšanas intensifikācijai. Laboratorijas iekārta LK4. Atklajumi.lv
3. Modris Purmalis. Degšanas intensifikācija ūdens apkures katlā PK-1,6. Atklajumi.lv
4. 4.Громцев С.А. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕПОЛЬНОГО ГОРЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА. Cuberleninka.ru
5. Шкаровский И., Джонстон П., Бачинский М. Кинетика частиц плазмы. М.:Атомиздат, 1969. 396с., cc.28-31.
6. Физика плазменно-стимулированного горения, cc.12-17.
7. М.А.Деминский и др. Низкотемпературное воспламенение метановоздушной смеси под действием неравновесной плазмы. ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, 2013,том 32,№7,сс.5-8, рис.6, 7.
8. Физика плазменно-стимулированного горения, cc.18-19, pиc 3, ε=f(E/N).
9. Modris Purmalis. Siltumapgādes katlu jaudas palielināšana un kaitīgo izmešu samazināšana, pielietojot elektrisko lauku. Atklajumi.lv
10. M.Thomas-2006. Strategic Environmental Research… p.33, figure 35.
11. Clear Sign Combustion Corporation/Electrodynamic Combustion Control TM Technology. 2013.12.14, pp. 1-7

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