Спосіб підготовки окислювача для спалювання палива

Запропонований винахід відноситься до теплоенергетики і може бути використаний при спалюванні різних видів палива (твердого, газоподібного, рідкого, водопиловугільного, суспензій, шламів і їхніх сумішей) на теплових електричних станціях і в котлоагрегатах промислового і комунального призначення. Винахід спрямований на ресурсо- і енергозбереження, захист і охорону навколишнього середовища від екологічно шкідливих викидів в атмосферу, що формуються при спалюванні палива в окислювачі повітря. Винахід також може бути застосований в супутніх і суміжних технологіях для активації й інтенсифікації термодинамічних і плазмохімічних процесів, наприклад, при очищенні робочих рідин і газів, а також при посиленні електрофізичних, електролізних, піролізних, хімічних і інших реакцій за допомогою впливу на них безпосередньо окислювачем і/або фізичними полями, використовуваними для його підготовки. Наприклад, електричним і вакуумакустичним з комбінаційно-квантовим посиленням поля, заряду і середовища оптично активними флуктуаціями [«Явище вакуумакустичної активації...» наукове відкриття №124, заявка №140 від 25.10.1998р.] Відомий спосіб іонізації повітря і газів електричним і тепловим полями і пристрій що його реалізує, котрий включає електрод у виді стрижня, з’єднаного з джерелом перемінного струму і джерелом високовольтної імпульсної напруги [Патент Росії №2058510, F24F3/16, опубл. 20.04.96p.]. Такий спосіб і пристрій при підготовці окислювача дозволяють збільшити електронну емісію й одержати газовий розряд при електричній напрузі в кілька десятків кіловатів замість сотень і тисяч. При цьому висока напруга має модульовану форму послідовно повторюваних імпульсів однієї полярності й амплітуди з повільним підйомом і різким спадом. Недоліком цього способу і реалізуючого його пристрою є висока енергоємність, складність і невизначеність об'ємного модулювання розряду і, як наслідок, досить низька ефективність технологічного регламентування при застосуванні на великих потоках і об'ємах підготовки окислювача. Відомий також спосіб підготовки палива до спалювання з попередньою іонізацією окислювача і пристрій, що його реалізує, котрий включає електроди у вигляді стрижнів, з'єднаних із джерелом електричної напруги, розташованих у стінах вихідного патрубка пальника [Авт. свідоцтво СРСР №1048245 , F23D13/44, опубл. 15.10.83p.]. Недоліком цього способу і пристрою є низька стійкість газового розряду, потреба в занадто високій напрузі при формуванні іонізації, що в умовах запиленого середовища може привести до ускладнень при експлуатації і керуванні режимом іонізації окислювача в реальній технології, що різко звужує область використання. Операційне регламентування такого способу підготовки окислювача досить складне і не контрольоване, а в технологіях з великими витратами потоку окислювача при швидкостях об'ємів до 1020м/сек практично не ефективне. Отже, технології з таким способом іонізації окислювача мають вузьку область застосування. Відомий спосіб підготовки окислювача до спалювання палива і пристрій, що його реалізує, що базуються на застосуванні неоднорідного стаціонарного електричного поля й електрода у виді однополярних решіток, що установлені поперек потоку окислювача й електрично ізольовані від стін трубопроводу окислювача [Патент України №24193 A, F23C11/00, опубл. 07.07.98р.]. Недоліком цього способу підготовки окислювача і пристрою, що його реалізує, є формування тільки контурної іонізації окислювача з ближнім порядком взаємодії, що не дає можливості досягти достатньої глибини іонізації потоку окислювача, а також звужує область застосування в технологіях ТЕС, ТЕЦ і інших об'єктах теплоенергетики, де використовуються великі об'єми і витрати окислювача при спалюванні палива. Найбільш близьким по технологічній і технічній суті до винаходу, що заявляється, є пристрій і технологія, що містить джерело випрямленої високовольтної напруги й електрично ізольовану від стін трубопроводу окислювача решітку-електрод зі стікачами електричних зарядів [патент України №52845, F23311/00, опубл. 15.01.2003р.]. Однак, дана технологія і пристрій, що її реалізує, не забезпечують належної метастабільності розподілу іонізованого окислювача в потоці повітря і вимагають ближньої установки решітки - електрода зі стікачами електричних зарядів до вхідних вікон окислювача котлоагрегату, що не завжди можливе через конструкцію повітроводу. Далеке розташування решітки-електрода зв'язане з невиправданими втратами струмів витоку і токів емісії на об'ємну іонізацію. В основу винаходу поставлена задача створення такого способу підготовки окислювача для спалювання палива, що зміг би суттєво інтенсифікувати процес горіння палива, різко знизити кількість подаваного повітря (окислювача) і кількість газів, що відходять, шляхом макродіалізної електродеструкції окислювача стікаючими електрореактивними зарядами і безпосередніми електрозвуковими пружними хвилями, за допомогою сформованих амбіполярних аномалій неоднорідних електричних полів за допомогою секційного об'ємнокомірчастого і/або об'ємнопроменевого електрополяроїда, причому останній виконаний лінійним у виді секцій, що чергуються по полярності (- + - + і т.д.), переважно з решіток-електродів і решіток-електродівекранів, що мають стікачі електрореактивних зарядів і елементи емісії безпосереднього поверхневого електрозвуку, при цьому секції поляроїда вибірково (по полярності) розміщені в поперечному перерізі трубопроводу окислювача й орієнтовані в ньому по спрямованості витікання зарядів і електрозвуку щодо контурів деструктованого стохастичного і термогравитаціонного полів, а також до сформованого суперактивного електровакуумакустичного потоку й аномалій перетвореного окислювача підготовленого до подачі в зону спалювання палива. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб підготовки окислювача для спалювання палива, відповідно до винаходу, полягає в тім, що, перед подачею потоку окислювача в зону спалювання палива на нього впливають неоднорідними електричними полями з амбіполярними аномаліями, причому вказані поля формують за допомогою секційного електрополяроїда-електроемітера, що має секції, які чергуються по полярності, і розташованого у поперечному напрямку до потоку окислювача, при цьому секції виконані у вигляді комірок і/або променів, для створення в перетині потоку текстур точкових коронних розрядів і стікаючих електричних зарядів, що емітують з них. Для здійснення вказаного способу в технології інтенсифікації горіння передбачені наступні суттєві і переважні ознаки: - потік окислювача піддають електрозарядовому й електрозвуковому макродіалізові за допомогою амбіполярних аномалій неоднорідних електричних полів за допомогою секційного об'ємнокомірчастого і/або об'ємнопроменевого електрополяроїду, що формує стікаючі електрореактивні заряди і безпосередні електрозвукові пружні хвилі вибірково спрямованої дії і електродеструкції; - електрополяроїд виконаний лінійним у виді секцій, що чергуються за полярністю, розташованих у поперечному перерізі окислювача; - секції електрополяроїду виконані з решіток-електродів і/або решіток-електродів-екранів, що мають стікачі електрореактивних зарядів і емісії безпосередньо поверхневого електрозвуку, що формують енергетичні імпульси; - секції електрополяроїду вибірково за полярністю (- + - + і т.д.) розміщені в поперечному перерізі трубопроводу окислювача й орієнтовані в ньому по спрямованості витікання зарядів і електрозвуку щодо контурів деструктованого стохастичного і термогравітаційного полів, а також до сформованого в аномалію суперактивного електровакуумакустичного потоку перетвореного окислювача, підготовленого до подачі в зону спалювання палива. На секції електрополяроїду у вигляді решіток-електродів і решіток-електродів-екранів і їхні комірки зі стікачами електрореактивних зарядів і елементами емісії безпосередніх поверхневих пружних хвиль, через операційну електронну систему, подається випрямлена імпульсна і переривчаста електрична напруга, наприклад, величиною 20-25кВ. Вибірково за періодичністю і переривчастістю подається також і напруга з модульованою частотою 20-40-80кГц, що у багатокомірковому амбіполярному і міжелектродному проміжках формують аномальні контурні, комірчасті, міжелектродні і рамкові поля, що перехрещуються, в стохастичному і термогравітаційному сполученні і взаємодії зі стікаючими електрореактивними зарядами і безпосередніми електрозвуковими поверхневими пружними хвилями, що забезпечують створення спрямованих енергетичних імпульсів. Заряджені решітки разом зі стікачами у вигляді електроголок, виступів або концентраторів створюють у контурі поляроїда і повітроводу аномалії неоднорідностей і пульсуюче неоднорідне електричне й електровакуумакустичне поля, через які пропускають окислювач (повітря) від нагнітального дуттєвого вентилятора до пальників паливного агрегату. При цьому, внаслідок проходження повітря-окислювача через таке вибірне по аномаліях неоднорідностей електричне поле відбувається його іонізація й активація. Таким чином, окислювач перейшов у першу фазу структурованої активності. Після цього активізовані заряджені частки кисню стікають з емітерних електричних голок у режимі реактивних імпульсів енергії і мультиплікуються у вакуумакустичних флуктуаціях завихрень і турбулентностей за допомогою електрозвукових високочастотних хвиль стиску і розрядження по ходу потоку окислювача. При цьому, у залежності від резонансного настроювання сигналів на азот, вільні електрони, що вийшли, і вакуумакустичні каверни, що флуктурують, забезпечують реакції перетворення його в кисень. Поряд у цим з електрофільних груп, що утворилися, (ΝΟx) і триплетних радикалів (C-N0O+) формуються струмопровідні канали для мультиплікації надактивного кисню по центру повітроводу в зону горіння палива. При цьому електрореактивні енергетичні імпульси переміщають заряди в зону плазми спалювання палива. Ступінь іонізації окислювача визначається величиною струму витоку і залежить від параметрів емітерних електричних голок-стікачів електрореактивних зарядів, за рахунок «електричного вітру» і електровакуумакустичних флуктуацій мікротурбулентності за решітками від потоку, що набігає з великою швидкістю, близько 15-25м/сек. Довжина стікачів для цього потоку вибірково лежить у межах 40-140мм і залежить від конфігурації решіток-електродів і їхньої кількості в поляроїді, що може бути 2,3,4,5,6,7 і т.д. Частота коливань у мікротурбулентностях чергується зі світловим випромінюванням 20-80кГц. Застосування пилковидних, ялинкових, опукло-ввігнутих і голкоподібних електричних стікачів зарядів і хвиль у складі комірок решіток-електродів і решіток-електродів-екранів досить вибіркове за конфігурацією і параметрами і визначається великою розмаїтістю факторів формування заряду й імпульсу енергії, плазмохімічних флуктуацій і реального могутнього стохастичного і термогравітаційного факторів і полів зі складною синергетикою мод формованих електричних і електрозвукових полів, які щораз вимагають експериментального моделювання технологічного регламенту подібного до реальних умов експлуатації кожної технології інтенсифікації горіння. Настроювання операційної системи і формування технологічних карт і електронних програм є невід'ємними процедурами при впровадженні на кожному новому теплоенергетичному об'єкті, ТЕС, ТЕЦ і інші. Випробування нової технології інтенсифікації горіння, що базуються на запропонованому способі підготовки окислювача для спалювання палива показали, що: - заряди в енергетичних флуктуючих імпульсах мають надактивну реакційну здатність запалення палива; - надактивний окислювач і атомарний кисень, а також перетворений з азоту кисень, що містяться в повітрі і використовуються як окислювач при горінні, різко інтенсифікують реакції горіння, сприяють більш повному вигорянню пальних складових палива, зменшують об'єм окислювача (повітря), необхідного для спалювання однакової кількості палива в порівнянні зі звичайними умовами, збільшують температуру горіння і скорочують довжину факела, що приводить до інтенсифікації променистої тепловіддачі. Це позитивно позначається на підвищенні коефіцієнта корисної дії теплових агрегатів. Зменшення ж кількості окислювача (повітря) приводить до зменшення втрат тепла з газами, що відходять. А в зв'язку з тим, що зменшується кількість повітря, подаваного на горіння, відповідно зменшується і кількість димових газів, що виводяться в атмосферу, як наслідок, скорочується втрата тепла. Отже, при незмінному вмісті (у процентному відношенні) у газах шкідливих речовин, що відходять, їхній валовий викид в атмосферу різко скорочується і практично виключає їхню шкідливість; - амбіполярне електричне поле з триплет-конфігурацією (- + - + і т.д.) забезпечує формування суперактивної центральної частини в потоці окислювача і регулює метастабільність, тобто тривале утримання зарядів і флуктуацій полярності у фазі, що, у свою чергу, сприяє полегшенню активації окислювача в процесі його подачі в зону горіння палива при менших напругах електричних і електрозвукових полів, а також дозволяє сформувати вибіркову естафетну мультиплікацію зарядів і енергії за допомогою електровакуумакустичного поля, орієнтованого уздовж осі трубопроводу окислювача, у його реальних стохастичних, термогравітаційних і тепловому полях, підготовлених до подачі окислювача в зону спалювання палива. Крім того, у промислових печах, що вимагають спрямованого теплообміну від факела до теплоприймаючої поверхні, у випадку накладення електричного поля, факел буде «щільніше притискатися» до поверхні нагрівання. Електризовані частки палива будуть наближатися до заземленої поверхні нагрівання і створювати біля неї високотемпературну зону, що дає деяке збільшення кінетичної енергії факела. У результаті для вироблення одиниці тепла необхідно спалити палива значно менше, ніж його треба було б у звичайних умовах. Усе це приводить до підвищення коефіцієнта корисної дії теплових агрегатів і, у підсумку, до економії палива. Ефект буде більш високим, якщо електроемітер має триплетну полярність (- + -), а каскад з «решітка-електрод» буде встановлений безпосередньо перед опалювачем палива і буде формувати вибірково орієнтовані до зони горіння стікаючі електрореактивні заряди й електрозвук 20-40-80кГц і більш. Сутність винаходу пояснюється докладним описом приклада його здійснення з посиланнями на креслення, де на Фіг.1 схематично представлена технологія інтенсифікації горіння. Ha Фіг.2 приведений варіант аномалій полярностей і неоднорідностей на одному з восьми повітроводів (переріз А-А на Фіг.1). На Фіг.1 показана технологічна схема розміщення устаткування на котлоагрегаті. Технологія реалізації способу підготовки окислювача для спалювання палива включає шафи 1 для монтажу й установки високовольтного устаткування (пульти і блоки контролю, високовольтні трансформатори і випрямлячі, модулятори і перетворювачі), високовольтні кабелі 2, короби повітроводів (окислювача) 3, секційні електрополяроїди 4 із секціями з решіток-електродів 8 зі стікачами 9 електрореактивних зарядів і елементами емісії електрозвуку, високовольтні прохідні й опорні ізолятори 5, котлоагрегат 6 з вісьмома входами в зону горіння окислювача і розподільна апаратура 7. Спосіб здійснюється в такий спосіб. Повітря, що містить окислювач, подається по восьми повітроводах 3 у котлоагрегат 6. У кожнім трубопроводі повітроводу 3 окислювач пропускають крізь комірки і проміжки між секціями лінійного електрополяроїда 4, установленого поперек трубопроводу, виконаного у виді електрично ізольованих від його стін секцій з решіток-електродів 8 і решіток-електродів-екранів, що мають розташовані по їхньому контуру стікачі електричних і електрореактивних зарядів і суміщені на їхніх поверхнях елементи емісії електрозвукових поверхневих пружних хвиль. Кожна секція електрополяроїду 4 відділена від металевого короба повітроводу (окислювача) 3 за допомогою високовольтних прохідних ізоляторів 5 і з'єднана через високовольтні кабелі 2 і розподільні коробки 7 із шафами 1 і з встановленими в них високовольтним устаткуванням, тобто з пультами керування, із блоками контролю, з високовольтними трансформаторами і випрямлячами і модуляторами імпульсів і розривів мод сигналів амплітуд і цугів імпульсів. Кожен високовольтний трансформатор підвищує вихідну (вхідне) напругу від електромережі до величини заданого випрямлення. Кожен високовольтний випрямляч перетворює перемінний струм з частотою 50Гц (60Гц) у постійний струм з амплітудною напругою в описуваному варіанті до 18-27кВ. Електричне живлення устаткування здійснюється в режимі з напругою 220В і з перемінним струмом 50Гц. Модулятори формують електрозвук з частотою 20кГц, 40кГц і 80кГц і пульсації цугової скважності 100Гц і 200Гц пилкоподібної і вибіркової форми. Струми активації (струми витоку) перевищують показники аналогів у 8-16 разів і варіюються по інтенсивності горіння (довжина факела) у межах 50-60 разової кратності. Мікрочастоти флуктуацій варіюються в межах 20-100кГц із цугами електрореактивних солитонів енергетичних імпульсів плазмохімічної властивості. Кожен модуль атестується на стенді. У період зарядки і розрядки решіток-електродів і стікачів електричних і електрореактивних зарядів і елементів генерації електрозвуку, у повітроводі створюється неоднорідне електричне поле з аномаліями різкої напруженості в контурі решітки і між позитивним і негативним електродами лінійного поляроїда, що спільно зі стохастичним і термогравітаційним полями орієнтують течію амбіполярної дифузії і деструкції окислювача по вибірково обраним процесам поляризації, іонізації, перетворенням, під впливом яких окислювач, що проходить через комірки і міжелектродні проміжки, контактує і взаємодіє з аномаліями неоднорідностей полів, поверхневою енергією і флуктуаціями електровакуумакустичного походження (20-80кГц) і різко активізується до утворення атомарного кисню, а при заданій модуляції - і перетворення азоту в кисень. Таке середовище стає більш сильним окислювачем, ніж молекулярний кисень. При цьому потужність випрямлячів лежить у межах до 20Вт. На Фіг.2 приведений варіант аномалій полярностей і неоднорідностей на одному з восьми повітроводів, де електрополяроїд виконаний з решіток-електродів з стікачами електрореактивних зарядів і елементів емітерів електрозвуку, що чередуються за полярністю відносно решітки-електроду-екрану, які підключені послідовно у режимі триплет-полярностей фаз (- + -) і емісії 20-40-80кГц, у режимі синхронізації скважності і мультиплікаці солитонів флуктуацій електровакуумакустичної активації в напрямку руху потоку окислювача. Триплет (- + -) секцій поляроїда формує вісеасиметричну амбіполярність, з урахуванням лівостороннього викривлення руху центральної зарядової частини потоку і пульсуючих цугів солитонів з вакуумакустичних флуктуацій плазмоутворюючого окислювача. Частота енергетичних імпульсів збільшується і підсилюється також асиметрично, з урахуванням впливу стохастичного поля і термогравітаційного факторів на переходах потокопід'ємів і потокопадів окислювача в режимі турбулентної циркуляції псевдокиплячого фронту запалення палива, що вводиться через пальники і спецканали котлоагрегату. Слід зазначити, що усі вісім повітроводів можуть мати різні контури лінійного електрополяроїду, як по аномаліях амбіполярності, так і по аномаліях неоднорідностей електричних зарядових і злектроемітерних полів, у тому числі і по кількості секцій поляроїда. Ці параметри визначаються формованою конфігурацією циркуляції палива й окислювача в псевдокиплячому і турбулізуючому контурах топкового горіння і повторного комбінування використання продуктів горіння й окислювання. Таке сполучення мікропроцесів енергетичних імпульсів горіння з ондуляторними (хвильовими) випромінюваннями в мікрорезонансних діапазонах фазових переходів, з підключенням конденсату вакууму і його енергії, забезпечується електронним програмуванням взаємодії вільних електронів з їхнім дефіцитом у плазмі і термогравітаційному просторі (квантове підсвічування горіння). Керування операційною системою горіння і синхронізацією подачі активного окислювача здійснюється електронною програмою, яка оснащена підсистемами контролю і діагностики режиму з оптимальною інтенсивністю горіння і теплознімання. При зміні виду палива здійснюється перенормування і перерегламентування електрополяроїда як по заряду, по струму витоку, так і по інтенсивності по полярності електрозвуку. Електрополяроїд має касетну структуру і легко замінний по конфігурації амбіполярних аномалій неоднорідностей електричних полів з контурною конфігурацією осередків і обсягів стікаючих електрореактивних зарядів у залежності від інтенсивності контурів електрозвуку і його орієнтації в стохастичному і термогравітаційному полях хвилеводу трубопроводу окислювача. Конструктивні схеми конфігурації комірок, стікачів і елементів емітерів і їхнє компонування строго вибіркові до параметрів стану типів котлоагрегатів, типу окислювача і його термодинамічної іонізації з урахуванням складу і домішок, а також по параметричній задачі й умовам формування електровакуумакустичної ситуації в окислювачі і плазмохімічній синхронізації їх із процесом спалювання, інтенсивністю горіння, активністю теплознімання і забезпечення викиду продуктів повного окислювання. Головною задачею підготовки окислювача для спалювання палива в даному способі є забезпечення синхронізації реакцій іонізації й енергетичних імпульсів виходу летких у фазах часток з палива з підготовленими вибірково імпульсами електровакуумакустичної активності окислювача, тобто з підготовленим його новим імпульсним електроплазмохімічним і пульсуючим (флуктуруючим) станом мікрооб'ємів з їхніми поверхневими зарядами і цугами солитонів надактивного окислювача, що їх несуть, у тому числі й атомарного кисню, формованих амбіполярними аномаліями неоднорідностей з електричних, електровакуумакустичних і електроплазмохімічних складових фізичних ефектів штучного походження. Цей процес названий електромакродіалізним. У цьому зв'язку, головна сутність електромакродіалізу окислювача повітря полягає в тім, що потік окислювача розділяють у поперечному перерізі секційним об’ємнокомірчастим і/або об’ємнопроменевим електрополяроїдом, формують на його поверхнях і між секціями амбіполярні аномалії неоднорідних електричних полів, у яких створюють умови утворення зарядових електрореактивних стікаючих зарядів і емісії безпосередніх поверхневих електрозвукових пружних хвиль стиску і розрідження, і потім, за допомогою гідродинамічного потоку окислювача в тіньовий поверхні комірок стікачів секцій електрополяроїда формують умови виникнення і відриву енергетичних вакуумакустичних флуктуацій і каверн псевдокиплячої властивості з активними поверхневими зарядами, за допомогою яких разом із поверхнями, що періодично що заряджаються і розряджаються, забезпечують виникнення потоків електричного і іонного вітру за рахунок взаємодії молекул, іонів і часток потоку окислювача з вакуумним конденсатом і аномаліями неоднорідностей амбіполярних електричних полів, у яких дифузійні процеси зарядових взаємодій сконцентровані в центральній частині потоку окислювача. Шляхом таких взаємодій здійснюється електровакуумакустична мікродеструкція молекул окислювача, його фазові переходи і перетворення в суперактивний плазмохімічний стан, у якому окислювач мультиплікується в зону горіння палива, що, у свою чергу, різко активізує загоряння часток палива й інтенсифікує вихід летких горіння, а, отже, забезпечуються умови вибіркового (параметричного) резонаторного і мікродетонаційного горіння, коли ліквідується недогоріння палива і ліквідуються шкідливі викиди газів у атмосферу. Спосіб, що заявляється, у технологічній сукупності ознак здатний вирішити задачу більш інтенсивного й активного ведення процесу горіння палива, за рахунок досить глибокої іонізації центральної частини потоку окислювача і підвищення його плазмохімічної активності, що дає збільшення енергії активації і можливість знизити споживання об'ємів спалювання палива в котлових агрегатах ТЕС до 8%; у котлових установках ТЭЦ промислових підприємств до 5-8%; підвищити коефіцієнт корисної дії теплових агрегатів ТЕС до 3%, а відповідно ТЭЦ до 5%; знизити валовий викид шкідливих речовин в атмосферу до 70%.