Atklājumi.lv

Modris Purmalis. Koksnes šķeldas degšanas gaisa pirmapstrāde jonizatorā

Eksperimenti tika veikti laboratorijas iekārtā LK2, apstrādājot skuju koku šķeldas degšanas gaisu pirms degšanas cilindriskā jonizatorā pie koronas izlādes. Šķeldas zemākā siltumspēja Q_z = 11800 kJ/kg pie darba mitruma satura W_d = 35%. Minēti arī daži šīs tehnoloģijas praktiskas pielietošanas piemēri.

Augstsprieguma ģeneratoram izmantots transformātors Т Г – 1050, U = 220/ 2x5000 V, I_nom = 100 mA ar taisngrieža diodi D1007 vienā plecā un tas tika pieslēgts spailēm - ; + (sk. zīm. 1.).

Apzīmējumi un formulas:

Q_eff – iekārtas siltumefekts ( pieskaitot siltuma zudumus ar aizplūstošajām dūmgāzēm),
Q_eff = Q_z((q₁ + q₂ - q₃)/100)), kJ/kg kur:
   q₁ = Q [kJ/kg] / Q_z x 100, % Q_z – šķeldas siltumspēja, kJ/kg,
   Q = Q_ūd + Q_krt.ap + Q_ārdi kJ/kg Q_ūd, Q_krt.ap un Q_ārdi – attiecīgi ūdens, kurtuves apvalka un ārdu (mikrokurtuves) sasilums,
q₂ – siltuma zudumi ar aizplūstošajām dūmgāzēm pēc Rāviča, q₂ = (t_dg – t_av)/t_max ∙ ((0,82+ (h – 1) ∙ 0,85 ∙ 0,78)) ∙100%, kur:
   t_av – apkārtējās vides temperatūra,
   t_dg – aizplūstošo dūmgāzu temperatūra,
   t_max – šķeldas maksimāla degšanas temperatūra,
   h = CO_2max / (CO₂ + CO) α = CO_2max / CO₂
q₃ – siltuma zudumi no ķīmiski nepilnīgas sadegšanas, q₃ = (0,3016 ∙ CO) / 875 ∙ h

dQ_eff – iekārtas siltumefektu izmaiņu starpība ar un bez lauka, dQ_eff = Q_effe – Q_effk, kur indekss e – rezultāts ar ĀEL, indekss k – rezultāts bez ĀEL.
CO* – oglekļa monoksīda aprēķinu saturs aizplūstošajās dūmgāzēs, CO* = ((21- β∙RO₂) – (RO₂ + O₂)) / (0,605 + β), % [1].

E_vid -- vidējie rezultāti ar ĀEL.
K_vid – vidējie rezultāti bez ĀEL
E_vid–K_vid – vidējo rezultātu izmaiņas d = E_vid–K_vid, mērvienībās.
d, % – tas pats procentos, d = (Evid–Kvid) / Kvid x 100, %.
U – spriegums starp elektrodiem E4 un Kp, k V
I – strāvas stiprums.
P = UI, W
W – izmantotā elektriskā enerģija šķeldas sadegšanas laikā τ, W = P x τ/1000, k J
E = U / H_i, V/m, kur H_i – attālums starp elektrodiem E4 un Kp, m.
dNO = (NOe - NOk)/ NOk ∙ 100, % , kur indekss e – rezultāts ar ĀEL, indekss k – rezultāts
bez ĀEL.
dQgseff – iekārtas siltumefektu izmaiņu starpība uz 1m^₃ jonizatorā apstrādāta gaisa, dQ_gseff = dQ_eff /V_gs x1000, J/m³ ar un bez lauka, kur: dQ_eff = Q_effe – Q_effk, kur: indekss e – rezultāts ar ĀEL, indekss k – rezultāts bez ĀEL un V_gs – apstrādātā gaisa daudzums, m3/kg šķeldas normālos apstākļos.

dQ_gseff / W – iegūtās siltumenerģijas attiecība pret izmantoto elektrisko enerģiju.

n_e – brīvo elektronu koncentrācija 1m³ gaisa jonizatorā, ne =(4 I )/(1,6 ∙10^-19 ∙ v_e ∙ F_E4), kur:
v_e – elektronu ātrums m/s, F_E4 – koronējošā elektroda laukums, m².
ε'''_em – brīvo elektronu enerģija, kas atdota gaisa molekulām elastīgajās sadursmēs [2], ε''' _em = ((3∙3,14/4)^0,5 ∙ 1,6 ∙ 10^-19 ∙ E ∙ λ_e / δ)) ∙ n_e, J/m³, kur: E = U / Hi , – elektriskā lauka intensitāte, V/m; U – spriegums starp elektrodiem E4 un Kp, V; H_i – izlādes attālums starp elektrodiem E4 un Kp, m, λ_e – elektrona brīvais ceļa garums, δ = 2m_e / M_vid, m_e – elektrona masa 9,11∙10^-31 kg, M_vid – molekulu vidējā masa, kg.

ε''_em = ε_e ∙ ( 2m_e / M_vid ), J/m³
ε'_em = 3/2T_e ∙ 1,6∙10^-19 ∙ n_e, J/m³
ε_e – kopēja elektronu enerģija 1 m³ gaisa ĀEL ietekmes zonā ε_e = 1,6∙10^-19∙U∙n_e , kur e = 1,6∙10^-19 C (vai A/s).

E/N – elektriskā lauka intensitātes E attiecība pret degmaisījuma blīvumu (daļiņu skaits tilpuma vienībā), kur N = p/2kT, bet p-gāzes spiediens N/m², k – Bolcmaņa konstante, T – gāzes temperatūra, K.

εO_2(v), εN_2(v) – gāzes molekulu neelastīgajās sadursmēs ar elektroniem saņemtā enerģija saišu svārstību aktivizēšanai, εO_2(a+b) – tas pats O₂ singletam līmenim, ε(Tr+rot) – tas pats molekulu rotācijai [3].

Σεem -- degmaisījumu molekulu neelastīgajās sadursmēs ar elektroniem saņemtā kopējā enerģija Σε_em = εO_2(v) + εN_2(v) + εO_2(a+b) + ε(Tr+rot).

Galveno rezultātu tabulas:

Vidējo rezultātu tabulas eksperimentiem bez gaisa pirmapstrādes jonizatorā

Katlu mājas mehāniskā darbnīcā izgatavotā gaisa jonizatora konstrukcija un tā pielietošanas rezultāti aprakstīti darbā [4]. Šāda tipa jonizatora uzstādīšana katla PK-1,6 gaisa traktā paaugstināja katla lietderības koeficientu vidēji par 5,66% un samazināja šķidrā kurinamā patēriņu vidēji par 7,16% negatīvās koronas (-E4) variantā [5].

REZULTĀTU KOPSAVILKUMS

1. Eksperimenti veikti sadedzinot skuju koku šķeldu ar zemāko siltumspēju 11800 kJ/kg un darba mitruma saturu 35 % iekārtas LK2 mikrokurtuvē ar un bez gaisa pirmapstrādes jonizātorā, pie kam uz koronējošo elektrodu tika padots negatīvs potenciāls (negatīvā korona).
2. Gaisa pirmapstrāde jonizatorā pozitīvi ietekmē degšanu un iekārtas siltumefekta pieaugums sastāda vidēji 8 %.
3. Zīmējumos 7, 8 un 9 redzama līkņu līdzība, kas apstiprina brīvo elektronu sadursmēs ar gaisa molekulām jonizatorā atdotās enerģijas tiešo saistību ar iekārtas siltumefekta izmaiņām.
4. Izmantotā elektriskā enerģija ir daudzkārt mazāka par par iegūto siltumefekta pieaugumu un attiecība dQ/W sastāda apmēram 105. Izskaidrojums meklējams degšanas reakciju aktivācijas enerģiju samazinājumā lauka iespaidā un kinētiskā mehānisma izmaiņās, kas rodas brīvajiem elektroniem saduroties ar degšanas komponentu molekulām, par ko rakstīts jau agrāk, piemēram [8, 9].

UZZIŅU AVOTI

1. М.М.Щеголев, Ю.Л.Гусев, М.С.Иванова. Котельные установки. Стройиздат, М., 1966, с. 53.

2. Электрические разряды в газах. Физическая энциклопедия.
www.femto.com.ua/articles_part2/4641.html

3. Физика плазменно-стимулированного горения, cc.18-19, рис. 3, ε=f(E/N).
www.neg.mipt.ru/wp-content/uploads/2013/10/PAC lectures.pdf

4. Пурмал М.Я. О возможностях использования электрических полей при сжигании топлив в котельных установках. Известия ВУЗ-ов, серия ЭНЕРГЕТИКА,1988, № 5, сс.70-76.
Kopija: M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS
PROCESOS. VII daļa. Publikācijas. Referāti. Tēzes. 1962–2017. 291 lpp.

5. Modris Purmalis. Gaisa pirmapstrāde jonizatorā katlam PK-1,6. www.atklajumi.lv, 14.02.2018.

6. Турлайс Д. П., Пурмалис М. Я. Сжигание древесных отходовв с подводом ионизированного воздуха. ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКА, 2001, № 4, сс. 72-74.
Kopija: M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. VII daļa. Publikācijas. Referāti. Tēzes. 1962 – 2017. 303 lpp.

7. I. Barmina, M. Purmalis, J. Valdmanis, M. Zake, M. Electric Field Effect on the Combustion Characteristic of Renewable Fuel. International Scientific Colloquium Modelling of Material Processing, Riga, September 16-17, 2010.
Kopija: M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. VII daļa. Publikācijas. Referāti. Tēzes. 1962–2017. 316 lpp.

8. M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. I daļa. Ārējo elektrisko un magnetisko lauku ietekme iztvaikošanas un degšanas procesos. 2018, sadaļa 3.3.7.

9. M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. I daļa. Ārējo elektrisko un magnētisko lauku ietekme iztvaikošanas un degšanas procesos. 2018, sadaļa 3.3.9.

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