Нәтижелер және оларды талқылау
3.1 Жану пешіндегі шаңкөмірлі отынның жануын есептеудің нәтижелері
Плазма-Көмір бағдарламасының көмегімен ПОЖ пешінің жануының жобасына арналған бастапқы мәліметтер табылды. Есептеулер қуаттылығы 100 кВт болатын плазматронмен қамтылған цилиндрлі қыздырғышқа арналынып есептелген. Қыздырғыш диаметрі 0,273 м, қабырға температурасы – 700 К. Көмір бөлшектерінің орташа диаметрі 74 мкм құрайды. ПОЖ кіру кезіндегі бастапқы аэроқоспа температурасы 433 К болған. ПОЖ арқылы көмір шығыны – 4,8 т/ч. Есептеулерде плазматронның жылулық КДП мәні 90 % тең болған. ПОЖ алынған мәліметтер 4, 6 және 12 ПОЖ қамтылған энергетикалық пештердегі жануды үшөлшемді есептеуге арналған бастапқы мәндер ретінде алынған (кесте 5).
|
|
|
|
|
|
||
Сурет 15. Жандыру биіктігі бойынша температуралар аймағы (сол жақта) және жандырудың биіктігі мен ені бойынша орташаландырылған температуралардың таралуы (оң жақта)
Кесте 5. ПОЖ есептеулер нәтижесі |
||||||||||
CO |
H2 |
CH4 |
CO2 |
H2O |
N2 |
С2Н2 |
XC, % |
Vg,м/с |
Tg, K |
tg, с |
Көлемдік % |
||||||||||
13,5 |
3,48 |
0,07 |
5,93 |
5,36 |
71,32 |
0,34 |
86 |
193 |
891 |
0,007 |
15 - 17 суретте температуралардың таралу аймағы мен ПК-39-II пешіндегі көмір жануының дәстүрлі режимінің әртүрлі орталарындағы азот оксидінің концентрациялары көрсетілген.
15 - суретте көрсетілгендей, орташаландырылған температура қыздырғыш ярустарының екі аймағында да сипаттамалық максимумдарға ие және 14 м биіктікте шекті мәніне 1250оС жетеді. Жанудың шығуы кезінде температуралық профиль шаңкөмірлі қыздырғыштардың екіжақты симметриялы орналасуына байланысты сипаттамалық экстремумдар (екі максимум және үш минимум) көрсетеді.
16 - суретте қыздырғыш ярусында 10 м биіктікте қалыптасатын жалынның жалпы ядросы байқалмайтыны көрсетілген (сурет 15 а). Жанудың шығуы кезіндегі максималды температура 1137оС құрайды.
|
|
||
|
(а) |
|
(б) |
Сурет 16. Төменгі ярус деңгейіндегі (а) және жанудың шығу кезіндегі (б) температуралар аймағы
Қыздырудың төменгі ярусында (сурет 17 а) азот оксидінің максималды концентрациясы 431 ppm және жанудан шығу кезінде бұл мән 283 ppm, сәйкесінше орташа мәні 216 және 233 ppm құрайды.
|
|
||
|
(а) |
|
(б) |
Сурет 17. Қыздырғыш ярусының төменгі деңгейіндегі (а) және жанудың шығуы (б)кезіндегі азот оксиді концентрациясының аймағы
3.2 Тозаңкөмірлі отынның жануы кезіндегі есептеу нәтижелері Жану пешіндегі газифицирленген
18 – 20 суретте 4, 6 және 12 ПОЖ қамтылған ПК-39-II пешінің бір корпусының жану кезіндегі температуралар аймағы.
|
|
|
|
Сурет 18. 4 ПОЖ қамтылған жандыру биіктігі (сол жағында) және жандырудың ені мен биіктігі бойынша (оң жағында) орташаландырылған температуралардың таралуы температуралар аймағы
15 және 18 суреттерін салыстыра отырып, жандыру биіктігі және жандырудың ені мен биіктігі бойынша орташаландырылған температуралардың таралуы температуралар аймағы жанудың екі режиміне тән қасиет көрсететінін көруге болады. Бірақ, ПОЖ газифицирленген отынның жануы белгілі ерекшеліктермен сипатталады. Жандырудың ені бойынша температуралық қисықтың экстремумдары (сурет 18 оң жағында) айқын көрсетілген. Жандыру осі бойынша минималды орташаландырылған температура 1150оС, құрайды, бұл мән көмірді дәстүрлі жағудан (сурет 15). 20 градусқа төмен. Сондай ақ, максималды орташаландырылған мән 1180оС тең екендігін және бұл мән көмірді дәстүрлі жағудан 30 градусқа төмен екендігін көруге болады. Бұл мәліметтер ПОЖ қолданумен газифицирленген отынның тез тұтанып жанатынына кепіл бола алады.
|
|
||
|
(а) |
|
(б) |
Сурет 19. 4 ПОЖ қамтылған қыздырғыш ярусының төменгі деңгейіндегі (а) және жанудың шығуы (б)кезіндегі температуралар аймағы
19 және 16 суреттерді салыстыра отырып, қыздырғыштың төменгі ярус деңгейіндегі температуралар аймағының айырмашылығын көруге болады. 19 суретте плазмотрондармен қамтылған 4 қыздырғыштан жандыруға максималды 1664оС температурамен 4 жалынның шыққанын байқауға болады. Көмірді дәстүрлі жандыру кезінде жандыруға 357оС температурамен салқын аэроқоспа шығады.
20-суреттен 6 және 12 ПОЖ қамтылған қыздырғыштың жоғары деңгейіндегі температуралар аймағын көруге болады. Алты қыздырғыш пен 6 ПОЖ жоғарғы ярусының (сурет 20-б) жалынынан шығатын шаңкөмірлі ағындар төменгі яруста орналасқан алты ПОЖ (сурет 20-а) шығатын екі компонентті жоғары реакционды ыстық конвективті ағындармен қамтылған.
|
|
||
|
(а) |
|
(б) |
Сурет 20. 6 ПОЖ (а) және 12 ПОЖ (б) қамтылған қыздырғыш ярусының жоғарғы деңгейіндегі температуралар аймағы
21-суретте жандыру биіктігі бойынша көмірді жағудың төрт нұсқасына: дәстүрлі және 4, 6 және 12 ПОЖ қолдана отырып, алдын ала плазмалық белсендіруге арналған есептеулер орташаландырылған температуралар көрсетілген.
Белсендірілген плазмамен активтелуге арналған жандыру биіктігі бойынша температуралар көмірді жағудың дәстүрлі режиміне арналған есептеулердегі температуралардан төмен екендігі көрсетілген. Бірақ, плазмалық белсендірумен көмірді жандыру температуралары жоғары бір аймақ бар. Бұл аймақ – қыздырғыштың жоғарғы ярусының деңгейіне дейінгі жандырудың төменгі бөлігі. Бұл құбылыс ПОЖ әсер етуімен түсіндірілуі мүмкін. ПОЖ технологиясы аэроқоспаны ұшқыш заттар мен көміртекті кокс қалдығының газификация температурасына дейін плазмалық жалынның көмегімен қыздыруға негізделген. Осыған орай бастапқы көмірдің сапасына тәуелсіз жоғары реакционды екі компонентті отын алуға болады. Жандыру пешіндегі екіншілік ауамен араласып, ол белсенді тұтанып, қосымша отынсыз тұрақты түрде жанады. ПОЖ қолдану жылдам қыздыру мен аэроқоспаның тез тұтануын және жоғары шығымды қамтамасыз етеді.
0, 4, 6, 12 – жандырудың дәстүрлі жұмыс режимі және 4, 6 және 12 ПОЖ сәйкес плазмалық белсендірілу
Сурет 21. Жандырудың биіктігі бойынша орташаландырылған температуралардың өзгерісі
22-суретте азот оксидтері концентрациясының таралуы мен 4 режимдегі көмірді жандыруға арналған есептеулер көрсетілген. Суреттен жандырудың дәстүрлі жұмыс режимі мен ПОЖ аэроқоспаның плазмалық белсендірілуі арасындағы айырмашылықты байқауға болады. Жандырудың биіктігі бойынша NO концентрациясының орташа мәндері ПОЖдағы газифицирленген отынның жандыру жағдайынан төмен. Көмірді дәстүрлі жандыру кезінде және ПОЖ қолдана отырып жандыру кезінде NO максималды концентрациясы (биіктігі 16-28 м) жандырудың жоғарғы бөлігінде байқалады. ПОЖ қолдану жандыру биіктігі бойынша, тіпті ПОЖ орналасу деңгейінен төмен (биіктігі 0-6 м) NO концентрациясын төмендетеді. Бұл құбылыс ПОЖ ішіндегі жанатын азот оксидтері түзілуінің төмендеуімен түсіндіріледі. Отынды азот газды фазаға оттек жетіспеген жағдайда (ауа шығынының коэффициенті 0,3-0,4) ПОЖ көлеміндегі көмірді қыздыру кезіндегі ұшқыш заттармен бірге бөлінеді. Сондықтан отынды азоттан басым түрде NO жалпы мөлшерінен 10-15 % құрайтын тек термиялық азот түзетін молекулалық азот бөлінеді. Жоғарыда аталғандар ПОЖ қамтылған жандыру шығыны кезіндегі NO концентрациясының төмендеуінің эксперименталды мәндерін көрсетеді [6; 8; 13; 20; 22].
0, 4, 6, 12 – жандырудың дәстүрлі жұмыс режимі және 4, 6 және 12 ПОЖ сәйкес плазмалық белсендірілу
Сурет 22. Жандырудың биіктігі бойынша NO концентрациясының орташа мәндерінің өзгерісі
23 және 24 суретте оттек концентрациясы мен көмірді жағу эффективтілігін сипаттайтын отынның орташа мәндерінің жандырудың биіктігі бойынша таралуы көрсетілген. Жандырудың бүкіл биіктігі бойынша оттек концентрациясының орташа мәндері ПОЖ алдын ала термохимиялық дайындықтан өткен көмірді жағу жағдайынан төмен, ал көміртек диоксиді концентрациясының орташа мәні сәйкесінше жоғары. Бұл мәліметтер плазмалы отынды жүйелер көмірді жандыру үрдісін қолдаған жағдайдағы белгілі эксперименттік мәндерді дәлелдейді. 23 және 24 суреттен 12 ПОЖ жұмысы кезінде оттек концентрациясы және мехнедожог отынының концентрациясы дәстүрлі көмірді жағумен салыстырғанда 8 және 40 % төмендейтінін көруге болады.
0, 4, 6, 12 – жандырудың дәстүрлі жұмыс режимі және 4, 6 және 12 ПОЖ сәйкес плазмалық белсендірілу
Сурет 23. Жандырудың биіктігі бойынша оттек концентрациясының орташа мәндерінің өзгерісі
0, 4, 6, 12 – жандырудың дәстүрлі жұмыс режимі және 4, 6 және 12 ПОЖ сәйкес плазмалық белсендірілу
Сурет 24. Жандырудың биіктігі бойынша мехнедожог отынының концентрациясының орташа мәндерінің өзгерісі