Влияние  микроволнового излучения на процесс горения низкокалорийных видов топлива

Электромагнитное СВЧ-излучение может оказывать значительное влияние на процесс горения различных низкокалорийных видов топлива. Экспериментально был доказан рост скорости горения обедненных топливных смесей, таких как пропан, этилен и метан, вследствие воздействия на процесс горения микроволнового СВЧ-поля.

Влияние электромагнитного СВЧ-излучения на процесс горения объясняется следующим образом. Известно, что при горении углерода на внешней поверхности частиц на поверхности внутренних пор происходят гетерогенные химические 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 низкокалорийного топлива

Можно сказать, что существуют два предельных режима горения: поверхностный, или фронтальный, при котором процесс горения локализован в узком слое, и объемный, при котором горение происходит равномерно по всему объему частицы.

При внешнекинетическом режиме горение происходит на наружной поверхности частицы топлива. 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 топливной частицы.

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

Внутридиффузионный режим горения под воздействием СВЧ поля

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

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

Характеристики интенсивности сжигания низкокалорийного топлива

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

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

Снижение вредных выбросов при использовании электромагнитного СВЧ поля

Практически это означает, что, например, если из всего тепла на выработку электричества идет только 33%, то использование для поджига СВЧ-генератора с КПД примерно равным 90% может повысить эффективность сжигания низкокалорийных углей и получить дополнительно электроэнергию в 3 раза больше, чем было бы затрачено на питание СВЧ-генератора.

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

Электромагнитная СВЧ энергия для газификации угля

Электромагнитная СВЧ-энергия также может быть полезна при газификации угля и угольной пыли. Один из рассматриваемых механизмов воздействия основан на различном селективном нагреве частиц углерода и золы, когда температура углеродных топливных 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 микроволновой СВЧ-энергии в эндотермический процесс газификации по отношению к общему количеству подаваемого тепла.

Второй возможный 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 сжигаемой угольной пыли.

Использование потенциала СВЧ-энергии на различных стадиях сжигания топлива является перспективным методом 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.

Влияние микроволнового излучения на процесс горения низкокалорийных видов топлива