Тезисы
апрель 2017

Електрокаталітичне інтенсифікація процесу горіння твердого палива


Починок В. В. , Рябухин О. О. , Вязовик В. М.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

З кожним роком проблема використання твердого палива для виробництва електричної енергії і тепла загострюється із-за екологічних та економічних проблем, які виникають при його використанні.

Однією з основних задач при проектуванні парових котлів ТЕЦ є вибір технологічної схеми спалювання палива. Дуже часто від правильності прийнятого рішення залежить роботи не тільки топки, а і всієї ТЕЦ в цілому. Зараз існує необхідність в технічному переозброєні енергетики. Проекти нових і реконструйованих ТЕЦ повинні передбачати ефективні способи зменшення викидів токсичних сполук в навколишнє середовище і підвищення ефективності спалювання палива.

Експерименти по оптимізації горіння твердого палива проводилися на лабораторній та стендовій установці, які складається: з камери згоряє з розрядним пристроєм; термостата; джерела живлення розрядного проміжку і компресора, постійного об’єму води, що нагрівається. Експерименти проводили як з електронно-каталітичної обробкою, так і без неї. При проведені досліджень кожні дві хвилини вимірювалася температура води, що нагрівається.

Процес інтенсифікації процесу горіння кам’яного вугілля (антрацит) на лабораторній устанвоці проводили при напругах 8 і 9 кВ. В результатів дослідженнь, встановлено, що при напрузі 8 кВ виділяється більша кількість теплоти, ніж при 9 кВ. При напрузі 9 кВ кількість енергії, яка прикладається до вугілля і яка йде на утворення летких сполук значно більша, ніж необхідно для утворення летких сполук. Цей надлишок енергії йде на подальше руйнування летких сполук і утворення вуглецю і водню. Вуглець вигоряє разом з коксовим залишком вугілля. Водень же згоряє разом з основною частиною летких сполук, на утворення яких не вплинув електричний розряд із-за особливостей будови цих сполук. Завдяки цьому досягається підвищення виділення тепла при спалюванні твердого палива з напругою 9 кВ 7,8%, тоді як при напрузі 8 кВ – 15,6%. Інші напруги не досліджувалися із-за особливостей конструкції лабораторної установки.

Базуючись на результати досліджень на лабораторній установці, були продовженні дослідження на стендовій установці. Для визначення найкращих умов проведення процесу, було досліджено процес електронно-каталітичного спалювання вугілля при одному і двох електродах.

Було встановлено наступне: при проведенні досліджень з двома електродами (один високої напруги, другий – низької), спостерігається утворення дугового розряду, який підвищує витрати електроенергії в декілька десятків разів (на спалювання 1 кг вугілля витрачається декілька кВт год), що зменшує ефект від інтенсифікації процесу горіння. При проведенні процесу при таких умовах, досягалася економія палива до 7,64%. При проведені досліджень з одним електродом – високовольтним, не відбувалося утворення дугового розряду, і весь процес протікав при бар’єрному розряді, і економія складає до 20%.

Суттєво впливає на процес інтенсифікації горіння твердого палива напруга розряду. Так, найбільш оптимальна напруга для інтенсифікації горіння є 4 кВ, при якій досягається середня економія палива 20%. При вищих значеннях напруги – середня економія палива зменшується і при 8 кВ становить 8,56%. Такий же ефект спостерігається, і при значно нижчих напругах. Так при напрузі 2,8 кВ середня економія палива досягає 7,18%.

Витрати електроенергії для раніш наведених досліджень спалювання твердого палива становили 25-30 Вт·год на спалювання 1 кг вугілля.

Було також досліджено зміну ступені вигоряння палива. Найбільше підвищення ступеню вигоряння палива становило (при обробці одним електродом і напрузі 4 кВ) приблизно 32%. При інших режимах ступінь підвищення вигоряння палива була менша.

Були так само проведені дослідження впливу електронно-каталізу на процес виділення летких речовин. При використанні електронно-каталізу спостерігається збільшення виділення летких речовин, що у свою чергу інтенсифікує сам процес горіння і збільшує виділення тепла.

На процес виділення летких сполук сильний вплив чинить напруга розряду. Так, для антрациту (вміст летких до 12%) при напрузі 8 кВ досягається збільшення виділення летких сполук до 13,42% і збільшується зі збільшенням напруги, для газового вугілля (вміст летких до 45%) до 24,9% при напрузі 10 кВ і збільшується при збільшенні напруги. Це можна пояснити тим, що при звичайному горінні вугілля, згідно з літературними даними в коксовому залишку залишається до 15% летких з'єднань. А при застосуванні електроннокаталізу з цих 15% починають виділятися леткі сполуки, і чим вище напруга, тим більше відбувається їх виділення за рахунок руйнування зв'язків, як в самих летких сполуках, так і зв'язків між коксовим залишком і леткими з'єднаннями.

Паралельно було досліджено вплив електронно-каталітичного спалювання вугілля на викиди в атмосферне повітря, а саме утворення оксиду азоту (ІІ) і оксиду вуглецю (ІІ). Максимальне зменшення викидів в атмосферне повітря спостерігається при напрузі 4 кВ, коли зменшення концентрації оксиду азоту (ІІ) досягає 80%, а оксиду вуглецю – майже 52%. При тій же напрузі – вміст залишкового вуглецю в шлаці також найменший. При підвищенні напруги спостерігається зменшення впливу розряду на викиди оксиду азоту і вуглецю.