Вязовик В.М.

Черкасский государственный технологический университет

Використання Электрокаталітичної інтесифікації процесів горіння на підприємствах теплоенергетики м. Черкас

Основою розвитку промислового регіону є енергетика чи паливно-енергетичний комплекс. Від стану енергетики залежать темпи науково-технічного прогресу, інтенсивність виробництва і життєвий рівень людей. Енергетичні об´єкти є одним з головних факторів життєзабезпечення міста. В той же час вони чинять найбільш негативний вплив на навколишнє середовище із всіх промислових об´єктів.

Черкаська ТЕЦ має п’ять котлів БКЗ-220-100 Гц, які працюють на вугіллі марок «Д» і «Г»- концентрат тонкого помолу і призначений для отримання перегрітої пари. Котел облаштований також двома пальниками-циклонів, які призначені для спалювання 30 т/годину вугілля.

Процес горіння вугілля складний і неоднорідний. Фізико-хімічне перетворення протікає з різною швидкістю, неодночасно. Першими згоряють легко десорбуємі при підвищеній температурі богаті воднем органічні леткі сполуки, далі високомолекулярні сполуки і смолисті, потім – розгіріті полум’ям летких речовин, загоряється тверда маса – кокс. При цьому, із-за дефіциту кисню, який витрачається на горіння летких, утворюються продукти неповного згоряння - СО. Горіння коксу і допалення СО до вуглекислого газу - найбільш тривала фаза процесу.

Для ефективного згоряння компонентів вугілля необхідно мінімізувати різницю швидкостей фізико-хімічного перетворення. Це можна досягти тільки при використанні процесів впливу електричного розряду на зону горіння палива. Вплив електричного поля високої напруги на процес горіння можна класифікувати за місцем прикладання високої напруги:

- обробка розрядом кисню дуття;

- попередня підготовка палива до спалювання;

- вплив розряду на паливно-повітряну суміш перед зоною горіння;

- вплив електророзряду безпосередньо на зону горіння.

Проведення горіння в плазмі розряду в присутності радикального дуття прискорює усі протікаючі стадії процесу, мінімізує різницю енергії активації первиних ендотермічних процесів, знижує нижню межу зон запалення, невелює швидкості різних стадій горіння різних компонентів твердого палива. Електроннокаталітичні процеси (далі електрокаталіз) призводять до збільшення ступеню і швидкості згоряння твердого палива, більш повного вигоряння вуглецю палива з мінімізацією коефіцієнту надлишку повітря; при цьому на 60-70 % знижується токсичність димових газів.

При спалюванні вугілля в зоні з розряду спостерігається прискорений нагрів води, що свідчить про виділення більшої кількості тепла, чим при холостому досліді. Питома потужність виділення тепла при холостому досліді досягає 112565 Вт/кг, тоді як при використанні розряду досягає 153842 Вт/кг, що більше на 26,8 % і у свою чергу знижує витрату палива на тугіше величину. Витрата електроенергії на електрокаталіз та на створенні розряду 5±0,5 % від надлишку енергії.

Визначена степінь вигорання вугілля при проведенні обох експериментів. Для цього була визначена зольність вугілля і степінь вигорання вугілля при горінні без розряду і з розрядом. Мінімальна ступінь вигорання вугілля при холостому досліді складає 72 % (що відповідає котлам таким, що має топки з цілісними гратами); ступінь вигоряння вугілля при використанні розряду досягає 89 %. Збільшення степені вигорання в нестаціонарних умовах склала в середньому 15,45 %.

Результати, які отримані на стендовій лабораторній установці, перевірені в напівпромислових умовах з використанням побутового котла малої потужності. Для нестаціонарного режиму роботи котла практично підтверджені результати попередніх випробувань при обробці дуття і палива перед зоною горіння. Ступінь вигоряння вугілля в стаціонарному режимі підвищується з 82 % до 91 % і середня економія палива складає 12,5-14 %.

При електрокаталітичному спалюванні твердого палива додається блок електрокаталітичної активації палива. Блок цей представляє собою керамічний корпус в якому на внутрішній поверхні розташовані високовольтні електроди чи корпус виготовлений зі сталі і зовні покритий теплоелектроізоляцією. В якості електроду в останньому випадку використовується сам металевий корпус блоку. В якості заземлюючого електроду використовується саме вугілля, яке проходить через електричний розряд. Блок цей передбачається встановлювати на чотири паливопроводи, безпосередньо перед шліцами вводу паливно-повітряної суміші в циклон. При реалізації електрокаталізу в промислових умовах при монтажі додаткового обладнання необхідно:вирішити питання попередження утворення вибухонебезпечних пиловугілноповітряних сумішей; знизити абразивний знос, підвищити зносостійкість ізоляційної кераміки високовольтного електроду; вирішити проблему тривалості експлуатації високовольтного електроду; визначити оптимальні умови шляхом підбору резонансної напруги і частоти току.

Проведено орієнтовний розрахунок економічного ефекту для спалювання 30 т вугілля за годину. Економічний ефект за рік при використанні технології, що пропонується становить 703 200 $. Строк окупності не перевищує 8 місяців.

Із усього сказано можливо стверджувати, що в умовах сучасності використання електрокаталітичної інтенсифікації процесу горіння на підприємствах теплоенергетики м.Черкас дозволить зменшити викиди в навколишнє середовище, зменшити витрати пального, що призведе до зменшення собівартості отримання теплової і електричної енергії і досягти додаткових прибутків при реалізації процесу на 1 котлі ТЕЦ більше 700 000 $ за рік.