Промышленное использование микроволновой СВЧ-энергии при сжигании низкокачественного угля

Применение низкокачественного угля в значительной мере влечет за собой развитие энергетики. Факторами, оказывающими существенное влияние на процесс сжигания низкокачественных сортов углей, являются, во-первых, необходимость использования высокоэффективных очистных сооружений, и, во-вторых, большое содержание золы в таких углях.

Обе эти проблемы в тепловой энергетике в той или иной степени имеют решение. Но эффективность используемых для этого способов ограничена и зависит от определенных условий эксплуатации, поэтому они не всегда могут решить проблемы сжигания полностью. Более того, в некоторых случаях решение одной проблемы влечет за собой возникновение других. Например, более мелкий помол угольной пыли позволяет повысить эффективность горения, но увеличивает взрывоопасность при транспортировке пыли к топке.

При стехиометрическом составе горючей смеси, которому соответствуют наибольшие температуры процесса сжигания, сгорание максимально, но при очень высокой температуре образуется большее количество загрязняющих веществ, а иногда и увеличивается зашлакованность стенок и панелей топочной камеры.

Поэтому особый интерес представляет поиск новых способов и средств для устранения проблем в теплоэнергетике.

Повышение эффективности сжигания топлива с помощью микроволнового СВЧ поля

Сейчас идет исследование нетрадиционных воздействий на процесс сжигания топлива, в том числе угля, с помощью которых можно повысить его эффективность и снизить содержание вредных веществ при сгорании газообразных продуктов.

Было обнаружено, что при воздействии электромагнитного поля на пламя при обработке электрическим разрядом компонентов топливной смеси, повышается КПД теплогенератора. Обосновано это тем, что ускоряется подвод окислителя к сгораемой частице топлива под действием ионного ветра продуктов сгорания, увеличивается скорость распространения пламени, исчезают местные зоны недостатка окислителя, снижаются теплопотери с уходящими дымами из-за улучшения теплообмена в котле.

Последнее время набирает популярность применение электрических плазмотронов для розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива с перспективой замены мазута, используемого для этих целей в больших количествах, что особенно актуально при сжигании высокозольных углей.

Таким образом, применение в теплоэнергетике плазмообразующих воздействий имеет реальную практическую пользу. Большое количество экспериментов, проведенных в области химической кинетики, показывает, что самым высоким активирующим действием среди всех типов  электромагнитных разрядов обладает разряд в СВЧ-электромагнитном поле.

Преимущества применения микроволнового СВЧ-разряда в энергетике

К преимуществам электромагнитного СВЧ-разряда можно отнести многообразие его форм и свойств, возможность управлять им посредством изменения плотности потока энергии, длительность и скважность микроволновых СВЧ-импульсов, существенную неравновесность кинетических процессов в плазме при определенных условиях. Так же к особенностям СВЧ-поля можно отнести возможность концентрации энергии в ограниченной зоне пространства, практически безынерционное управление мощностью во времени и в пространстве, что позволяет в топочных процессах горения локализовать воздействие в определенной зоне, быстро менять факторы воздействия при изменяющихся условиях горения, например, в связи с изменением характеристик применяемого топлива.

Ионизационное воздействие, имеющее короткоимпульсный характер, и на два порядка увеличенные процессы релаксации позволяют последовательно воздействовать на различные области пространства топочной камеры при использовании одного источника электромагнитной СВЧ-энергии.

Поглощение микроволновой СВЧ-энергии углеродом

Таким образом, можно заключить, что для микроволновых СВЧ-полей отсутствуют альтернативные варианты для объемного нагрева. Особое внимание следует обратить на тот факт, что бОльшая часть микроволновой СВЧ-энергии в углях с большим содержанием золы поглощается в частицах углерода, так как углерод имеет существенно больший тангенс угла потерь и практически вся СВЧ-энергия расходуется на нагрев угля, а не золы. Угольные частицы в электромагнитном СВЧ-поле нагреваются более интенсивно, чем частицы золы. Применение микроволновой СВЧ-энергии является наилучшим методом равномерного нагревания частиц угля по всему объему, что подтверждается многочисленными практическими экспериментами.

Предположительно, влияние СВЧ-энергии электромагнитного поля  на процесс горения имеет такую же физическую основу, что и воздействие электрических полей: снижается порог активизации молекул топлива и окислителя, улучшаются условия их контакта вследствие более активной подвижности в электромагнитном поле этих молекул и продуктов сгорания, происходят плазмохимические реакции.

Воздействие на химические реакции в микроволновом СВЧ поле

Оказывать влияние на ход химических реакций и менять свойства плазмы можно с большими возможностями, если они создаются электромагнитным СВЧ-полем. В результате ожидается повышение КПД, увеличивается скорость сгорания и, как следствие, мощности тепловыделения, улучшение условий воспламенения для высокозольного топлива.

Эксперименты по сжиганию угля в сильном импульсном микроволновом СВЧ-поле показали, что есть возможность поддерживать активное горение угля СВЧ-разрядом в условиях, при которых самостоятельное горение топлива без такого разряда не происходит.

Полезным эффектом может быть так же и то, что при объемном нагреве микроволновым СВЧ-полем крупных фракций угля возникает термическое напряжение, раскалывание и более интенсивное и полное сгорание низкокачественного угля. Такой результат позволяет повысить эффективность сжигания угольной пыли более крупного помола, что важно при использовании высокозольного топлива.

Промышленное использование микроволновой СВЧ-энергии при сжигании низкокачественного угля