Влияние СВЧ-излучения на процесс горения низкокалорийных видов топлива

СВЧ-излучение может оказывать значительное влияние на процесс горения других низкокалорийных видов топлива. Экспериментально было установлено увеличение скорости горения обедненных топливных смесей, таких как пропан, этилен и метан, вследствие воздействия на процесс горения СВЧ-поля.

Объяснить влияние СВЧ-излучения на процесс горения можно следующим образом. Принято считать, что при горении углерода на внешней поверхности частиц на поверхности внутренних пор происходят гетерогенные реакции, в общем представляющие собой многостадийные адсорбционно-десорбционные механизмы химических превращений, которые являются экзотермическими и эндотермическими реакциями. На основе квазистационарной диффузионно-кинетической теории можно определить скорость горения твердого топлива.

Режимы горения топлива

Существуют два предельных режима горения: поверхностный, или фронтальный, при котором горение локализовано в узком слое, и объемный, при котором горение происходит равномерно по всему объему частицы.

При внешнекинетическом режиме горение происходит на наружной поверхности частицы. Реагирующий газ полностью расходуется на внешней поверхности и не проникает внутрь частицы. При горении в кинетическом режиме отсутствует внутреннее диффузионное торможение и происходит полное проникновение газового реагента внутрь частицы.

Химическая реакция протекает на обеих сторонах частицы – внутренней и внешней. Внутрикинетический (объемный) режим горения характерен в случае, когда скорость изменения массы частицы пропорциональна объему, а не внешней поверхности частицы.

Внутридиффузионный режим горения под воздействием СВЧ поля

Еще один режим – внутридиффузионный – при котором горение происходит в тонком внутреннем слое вблизи поверхности частицы. Увеличение температуры последовательно влечет за собой переход от внутрикинетического режима горения к внутридиффузионному, затем к внешнекинетическому, и в конце – к внешнедиффузионному. Эти режимы горения могут быть не так ярко выражены, но в целом схема смены режимов с ростом температуры реализуется на практике.

При самых низких температурах наблюдается внутрикинетический режим горения. С точки зрения окисления данный режим реализуется при сжигании низкокалорийных бурых углей с большим содержанием кислорода или при улучшенном подводе кислорода в процессе СВЧ-воздействия, что также возможно из-за быстрого уменьшения размеров угольных частиц под действием СВЧ.

Характеристики интенсивности сжигания топлива

Интенсивность сжигания топлива, характеризующаяся кривой выгорания и определяющая изменение отношения расхода топлива к начальному расходу, является одним из важных параметров. Также важным параметром является соотношение между диффузионным и кинетическим сопротивлениями при горении.

Коэффициент выгорания имеет зависимость от времени пребывания топлива в камере сгорания для монодисперсного и экспоненциального распределения частиц по размерам. При кинетическом режиме, реализующемся посредством СВЧ-поджига, выгорание происходит гораздо быстрее. Это дает возможность получить дополнительное тепло при сжигании.

Снижение вредных выбросов при использовании СВЧ излучения

Практически это означает, что, например, если из всего тепла на производство электричества идет только 33%, то использование для поджига СВЧ-генератора с КПД примерно равным 90% может обеспечить сжигание низкокалорийных углей и получение дополнительной электроэнергии в 3 раза больше, чем затрачено на питание СВЧ-генератора.

Применение СВЧ-энергии может позволить снизить вредные выбросы при сжигании углей, если использовать предварительный нагрев угольной пыли. Это поспособствует выделению азота из топлива еще до сжигания и даст уменьшение содержания оксидов азота в дымовых выбросах в 4 раза.

СВЧ энергия для газификации угля

СВЧ-энергия также может быть полезна при газификации угля. Один из предполагаемых механизмов воздействия основан на различном селективном нагреве частиц углерода и золы, когда температура углеродных частиц может быть доведена до значений, при которых происходит окисление, а температура частиц золы ограничена значением, при котором возможна дальнейшая утилизация шлака.

При этом с учетом технико-экономических аспектов оптимизируется доля вклада СВЧ-энергии в эндотермический процесс газификации по отношению к общему количеству подаваемого тепла.

Второй механизм воздействия на процесс газификации может быть основан на использовании плазмы СВЧ-разряда, чтобы создать условия, облегчающие протекание полезных химических реакций при более низких значениях средней объемной температуры потока угольной пыли.

Использование СВЧ-энергии на различных стадиях сжигания топлива является перспективным для решения проблем, возникающих при сжигании твердых видов топлива, и позволяет оказывать комплексное воздействие на топливо для улучшения условий его сгорания и уменьшения вредных выбросов.

Наши контакты

Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании