Sadaļas

Modris Purmalis. Koksnes šķeldas degšana elektriskajā laukā

Zemāk minētie eksperimenti agrāk daļēji aprakstīti [1,2]. Pieminēti arī daži šīs tehnoloģijas praktiskās pielietošanas piemēri.

Eksperimenti tika veikti laboratorijas iekārtā LK2, ietekmējot skuju koku šķeldas degšanu ar mainīgu ārejo elektrisko lauku. Šķeldas zemākā siltumspēja Q_z = 11305 kJ/kg pie darba mitruma satura W_d = 30 %.

Augstsprieguma ģeneratoram izmantots transformātors Т Г – 1050 U = 220/ 2x5000 V,
I_nom = 100 mA un tas tika pieslēgts spailēm ≈ U, I zīmejumā 1 .

Apzīmējumi un formulas:

Q_eff – iekārtas siltumefekts ( pieskaitot siltuma zudumus ar aizplūstošajām dūmgāzēm),
Q_eff = Q + q₂ - q₃, % kur :
Q = Q [kJ/kg] / Q_z x 100, % Q_z – šķeldas siltumspēja, kJ/kg,
Q = Q_ūd + Q_kurt + Q_ārdi kJ/kg Q_ūd, Q_kurt un Q_ārdi – attiecīgi ūdens, kurtuves apvalka telpas un ārdu (mikrokurtuves) sasilums,
q₂ - siltuma zudumi ar aizplūstošajām dūmgāzēm pēc Rāviča, q₂ = (t_dg – t_gs)/t_max ∙ ((0,825+(h – 1) ∙ 0,85 ∙ 0,78))∙100 % , kur:

t_gs – apkārtējā gaisa 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) / 1000 ∙ 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), % [3].
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 = (E_vid—K_vid) / K_vid x 100, %.
U – spriegums starp elektrodiem E un A, k V
I - strāvas stiprums.
P = UI, W
W – izmantotā elektriskā enerģija šķeldas sadegšanas laikā τ, W = P x τ/1000, k J
W_graf – tas pats no grafika W = f(U) pēc trenda līnijas formulas.
E = U / H_i, V/m, kur H_i – attālums starp elektrodiem E un A, m.
dNO = (NO_e - NO_k)/ NO_k ∙ 100, % , kur indekss e – rezultāts ar ĀEL, indekss k – rezultāts
bez ĀEL.
NO_dge – NO koncentrācija procentos aizplūstošajās dūmgāzēs pielietojot ĀEL.

Eksperimentu varianti:
1. ≈ E ---o ≈ A , kur : ≈ E ---o – sānu elekrods no nihroma stieples Ø 0,5 mm ar
rinķi Ø 34 mm galā, ≈ A – ārdi (otrs elektrods).
2. ≈ E ך ≈ A , kur : ≈ E ך – sānu elektrods no nihroma stieples Ø 0,5 mm ar noliektu
smaili galā (skat. zīm.1), ≈ A – ārdi (otrs elektrods)

Rezultātu kopsavilkums

1. Eksperimenti veikti sadedzinot skuju koku šķeldu ar zemāko siltumspēju 11305 kJ/kg un darba mitruma saturu 30% iekārtas LK2 mikrokurtuvē ar un bez ĀEL (ārējais elektriskais lauks; lauks) ietekmes uz liesmu, pie kam uz elektrodu liesmā tika padots mainīgs potenciāls.

Eksperimenti tika veikti divos variantos :

1. ≈ E ---o ≈ A , kur : ≈ E ---o – sānu elekrods no nihroma stieples Ø 0,5 mm ar rinķi Ø 34 mm galā, ≈ A – ārdi (otrs elektrods).

2. ≈ E ך ≈ A , kur : ≈ E ך – sānu elekrods no nihroma stieples Ø 0,5 mm ar noliektu smaili galā (skat. zīm.1), ≈ A – ārdi (otrs elektrods).

2. ĀEL pielietošana pozitīvi ietekmē degšanu abos variantos pie sprieguma starp elektrodiem līdz apmēram 3 kV, kad iekārtas siltumefekta pieaugums sastāda variantā ≈ E ---o ≈ A 5,2 - 8,0% un variantā ≈ E ך ≈ A attiecīgi 2,1 – 6,1 % pie elektriskā lauka intensitātes E = 8300 – 22000 V/m. Tālāka sprieguma palielināšana samazina siltumefekta pieaugumu līdz pat negatīvām vērtībām.

3. Vidējais NO saturs aizplūstosajās dūmgāzēs bija 0,005%, kas ir pieņemams lielums attiecībā uz kaitīgo izmešu daudzumu atmosfērā, pie kam izmešu daudzums samazinās, salīdzinot ar degšanu bez lauka pielietošanas vidēji par 15,3%.

4. Abos variantos lauka ietekmē, liesmas ģeometrija izmainās, tās augstums samazinās un liesma tiek piespiesta tuvāk ārdu mikrokurtuvei kā rezultātā aizplūstošo dūmgāzu temperatūra un ūdens sasilums samazinās, bet apvalka telpas un mikrokurtuves sasilums palielinās, tomēr arī dQkurt un dQārd no apmēram 3 kV sāk samazināties, pieaugot spriegumam starp elektrodiem. Tam par cēloni var būt degšanas reakciju kinētiskā mehānisma izmaiņas brīvo elektronu sadursmju rezultatā ar degšanas komponentu molekulām.

5. 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 kinetiskā mehanisma izmaiņās brīvo elektronu sadursmju rezultatā ar degšanas komponentu molekulām par ko rakstīts jau agrāk.

Literatūra

1. М. Я. Пурмал. Наложении электрического поля на пламя твердого топлива. Тезисы докладов VI семинара по электрофизике горения. Караганда, 11-14.05.1983, сс. 36.

2. M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. VII daļa. Publikācijas. Referāti. Tēzes. 1962 – 2017. 345 lpp.

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

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

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

6. ERAF. LU aģentūra “Latvijas Universitātes Fizikas Institūts”. Valsts Koksnes Ķīmijas Institūts. Sadarbības projekts “Dažādu izcelsmes atjaunojamo kurināmo maisījumu jauna veida granulētu produktu izveidošana ekoloģiski tīru un efektīvu degšanas un siltuma ražošanas procesu nodrošināšanai ar būtiski uzlabotu šo procesu tehnoloģiju”. Progresa pārskats Nr.10, periods 01.09.2013. – 31.12.2013., Salaspils, Rīga – 2013.g., lpp.39 – 44.

7.ERAF. LU aģentūra “Latvijas Universitātes Fizikas Institūts”. Granulētas biomasas degšanas procesu dinamikas regulēšana un uzlabošana elektrisko spēku laukā. 2. progresa pārskata tehniskā atskaite, periods 01.12.2014.-28.02.2015. Salaspils, Rīga - 2015. g., lpp. 10-11.

Kopija: M. Purmalis. ĀRĒJO FAKTORU IETEKME TEHNOLOĢISKAJOS PROCESOS. VII daļa. Publikācijas. Referāti. Tēzes. 1962 – 2017. 211 lpp.

8.ERAF. LU aģentūra “Latvijas Universitātes Fizikas Institūts”. Granulētas biomasas degšanas procesu dinamikas regulēšana un uzlabošana elektrisko spēku laukā. 3. progresa pārskata tehniskā atskaite, periods 01.03.2015.-31.05.2015. Salaspils, Rīga - 2015. g., lpp. 19-28.

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