Спосіб інтенсифікації спалювання газоподібного палива

1. Спосіб інтенсифікації спалювання газоподібного палива, який включає формування на електродах електричного розряду, що створює електричне високовольтне поле, яке впливає на C2 2 (19) 1 3 Недоліки - багатоступеневість технології синтезу кисневмісних радикалів, що отримують після стадій озонування розчинів; вплив на озоновані розчини лужним розчином; важкість утримання оптимальний значень рН (зниженні рН менше 10 призводить до проскоку озону в зону горіння без утворення радикалів і утворенням небажаних оксидів азоту; при рН більше 11 руйнування озону та асиміляції радикалів з високою швидкістю). Відомий спосіб інтенсифікації спалювання газоподібного палива з використанням сильного електромагнітного поля [див. патент № 2079786 Росія, МКИ6 F 23 D 14/24 Способ интенсификации горения факела пламени в топке котельной установки / Дудышев В. Д. № 95109989/06 заявл. 14.06.95 опубл. 20.05.97 бюл. № 14.]. Суть способу полягає в утворенні сильного електромагнітного поля від керованого високовольтного перетворювача (по напрузі і частоті), при чому високовольтні потенціали подаються через ізольовану від топки і землі форсунку і на нагрівальні поверхні, які також електричне ізольовані від камери згорання. Внаслідок дії електрополярного факелу полум'я відбувається додаткова іонізація; іони, радикали палива та окисника краще взаємодіють, переміщуються з іонізованим повітрям в зону горіння. У факел полум'я додатково вводяться «свіжі» електрони від голок, які розміщені на поверхні теплосприймаючої поверхні, внаслідок чого збільшується кількість центрів ініціації процесу горіння. Недоліки - високі енергетичні витрати на створення електромагнітного поля, тому що ефект проявляється при підвищеній потужності струму та напруги; високі температури в зоні горіння суттєво впливають на стабільність електромагнітного поля, що може викликати дуговий розряд та падіння ефективності процесу. Створення електромагнітного поля потребує електромагнітної стабілізації розряду, вимагає високої точності в регулюванні. Найбільш близьким за технічною сутністю до способу, що пропонується є спосіб інтенсифікації спалювання газоподібного палива, що реалізується в пристрої підготовки окислювача для спалювання палива [див. пат. України № 52845, МКИ6 F23С11/00, опубл. 15.10.2003, бюл. №1, 2003 р.] шляхом створення на електродах електричного розряду, що створює електричне високовольтне поле, яке впливає на процес згорання, подається постійна електрична напруга величиною 20-25кВ. Під дією електричного поля відбувається утворення з кисню повітря активних часток, які рівномірно розподіляються по перетину потоку окислювача. Недоліки - необхідність використання високої напруги постійного струму до 25кВ (збільшуються питомі енерговитрати для синтезу іонів та іонрадикалів з кисню та пари води, що містяться в повітрі); даний спосіб тільки підвищує окислювальну здатність дуття, але не забезпечує зниження енергії активації ендотермічного процесу розкладу вуглеводнів газоподібного палива, що 82036 4 призводить до обмеження в економії газоподібного палива, що не перебільшує 2-3%; ефект екологічного зниження токсичності димових газів також невисокий - 20 - 30%. В основу винаходу поставлено задачу забезпечити зниження енергії активації ендотермічного процесу розкладу вуглеводнів газоподібного палива за рахунок попереднього утворення вуглеводневих радикалів, кисневмісних радикалів, атомів водню, іонів та іон-радикалів в потоці газоподібного палива безпосередньо перед стадією спалювання паливно-повітряної суміші, а також в період передполуменевої підготовки паливно-повітряної суміші до спалювання. Поставлена задача вирішується тим, що у способі інтенсифікації спалювання газоподібного палива, шляхом формування на електродах електричного розряду, що створює електричне високовольтне поле, яке впливає на процес згорання. Згідно з винаходом, газоподібне паливо або паливно-повітряна суміш у процессі нагнітання піддають впливу електричноого змінного високовольтного поля тихого розряду з подальшою каталітичною обробкою, що призводить до збільшення вмісту вуглеводневих радикалів та атомів водню при згоранні. При цьому, обробка газоподібного палива і (або) паливно-повітряної суміші відбувається з попереднім додаванням кисневмісних присадок, що приводить до збільшення вмісту кисневмісних радикалів при згоранні. Крім того, на електродах, що покриті діелектриком з нанесеними на них каталізаторами, створюють електричний розряд певного виду тихий розряд. А також використовують електричний розряд (тихий розряд) змінної потужності, а напруга для генерування радикалів вуглеводнів, які утворюються під дією електричного високовольтного поля, підтримується від 2 до 20кВ. Крім того, для генерування радикалів вуглеводнів використовують газовий розряд підвищеної частоти і змінної потужності. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропоноване технічне рішення відрізняється від прототипу подачею в електричний розряд палива або паливноповітряної суміші, введенням кисневмісних присадок, зниженням напруги розряду, використанням процесу електронно-каталітичного впливу на паливо-повітряну суміш при генерації радикалів вуглеводню, іонів та іон-радикалів вуглеводнів, кисневмісних радикалів та атомів водню. Це приводить до оптимізації передполум'яної підготовки палива і (або) паливно-повітряної суміші до спалювання в умовах низьких енергетичних витрат, оскільки енергетичні витрати не перевищують 2.5-3,5% від отримуваного енергетичного ефекту за запропонованим способом; до зниження термічної складової енергії активації, що приводить до зниження витрат палива на підтримання реакції згорання та до економії газоподібного палива 11,8 5 та більше відсотків, що набагато більше у порівнянні з прототипом. Спосіб інтенсифікації спалювання полягає в наступному. Спосіб за своєю сутністю складається з фізичних, електроенергетичних та термохімічних стадій. Проводиться дозування газоподібного палива та повітря, нагнітання палива та повітря та перемішування газоподібного палива, повітря, утворення газоподібної паливно-повітряної суміші, що подається на спалювання. Інтенсифікація процесу спалювання за прототипом з використанням електричного поля високої напруги відноситься до стадії нагнітання повітря. Інтенсифікація за заявленим способом відноситься до нагнітання палива, утворення паливно-повітряної суміші, а саме до підготовки паливно-повітряної суміші до спалювання. Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленням: на Фіг. - схема установки. Технологічна схема на Фіг. містить: 1 - балон з газоподібним паливом; 2 - генератор радикалів, іонів та іон-радикалів; 3 - джерело струму генератор іон-радикалів; 4 апарат дозування кисневмісних сполук; 5 повітродувка; 6 - регулятори потоків; 7 - пальник; 8 - зона електронного каталізу; 9 - зона нагрівання теплоносія. Приклад конкретного виконання способу. Газоподібні вуглеводні з балону 1 надходять до генератора 2, де він проходить через зону розряду. Для створення розряду на генератор 2 від джерела струму 3 подається напруга від 2 до 20кВ. Повітря подається повітродувкою 5 в апарат 2 та на пальник 7. Розподілення потоків та дозоване змішування відбувається регуляторами 6. Для насичення кисневмісними сполуками потік газоподібного палива повністю або частково проходить через апарат 4. Газовий потік направляється на спалювання до пальника 7, який конструктивно суміщений із зоною електронного каталізу. Після встановлення стаціонарного режиму згорання для кожного досліду визначаються питомі витрати палива на нагрівання теплоносія (води). Порівняльні витрати палива замірялися при однакових об'ємах теплоносія та однакової різниці температур нагрівання в залежності від часу нагріву. В таблицях 1-4 наведені експериментальні данні з інтенсифікації згорання газоподібних видів палива при використанні різноманітних факторів, що були використані для створення способу спалювання газоподібного палива. 82036 6 Електронний каталіз з використанням додаванням кисневмісних сполук (води або розчи Параметр Час нагрівання, с Економія палива,% Без використання каталізатору Контрольний За заявленим дослід способом 450 410 8,89 Ко Електронний каталіз з використанням пропан-бутану без до Параметр Час нагрівання, с Економія палива, % Без використання каталізатору Контрольний За заявленим дослід способом 400 385 3,8 Електронний каталіз з використанням про з додаванням кисневмісних сполук (води або розч Параметр Час нагрівання, с Економія палива, % Без використання каталізатору Контрольний За заявленим дослід способом 246 230 6 Як видно з табл. 1-4 при використанні в якості палива метану економія палива при використанні каталізатору в передполуменевій підготовці газоподібного палива, або паливно-повітряної суміші складає 11,8%. При використанні кисневмісних присадок перед подачею палива в електричний розряд (тихий розряд) економія палива складає 13,5%. При використанні, як палива, пропан-бутанової суміші - економія палива складає відповідно 10% і 15,4%. При використанні газового розряду з подачею на електроди високочастотної напруги економія палива досягала 15,2 - 19,6%. Таким чином запропонований спосіб інтенсифікації процесу горіння газоподібних вуглеводнів приводить до економії палива за рахунок генерування радикалів, іонів та іон-радикалів в зоні підготовки палива. Технічне рішення, що заявляється, дозволяє створити технологію інтенсифікації згорання газоподібного палива для діючих котлів будь якої потужності. Впровадження технічного рішення не потребує змін, або перебудови топок котлів, зміні підлягають конструкції пальників; електричне Таблиця 1 обладнання для створення електричного тихого або газового розряду стандартне; каталізатори, які Електронний каталіз з використанням метану без додавання кисневмісних сполук наносяться на електроди і (або) на діелектрики електродів високої та низької напруги Без використання каталізатору З використанням каталізатору загальнодоступні. Параметр Контрольний За заявленим Контрольний За заявленим Дослідний зразок у вигляді стендової дослід способом дослід способом установки виготовлено і випробувано заявниками. Час нагрівання, с 456 424 456 402 Економія палива, % 7,02 11,8 К 7 82036 8