3. Плазмалық жалын сандық және эксперименттік зерттеу.

Плазмалық генераторы ARC қалыптастыру облысы арқылы үрленеді, плазмалық газ сияқты ауаны пайдаланып төмен температуралы плазмалық жалын алынады. Электр энергиясын жоғары концентрациясы плазмалық жалынды қалыптастыру ауаны қыздырады. Плазмалық жалын бұқаралық орташаланған температурасы электрмен жабдықтау байланысты 2500-5000K ауқымында болып табылады. Типтік плазмалық жалын үшін өлшенген температура контур күріш ұсынылды .

Өлшеу ретінде жететін әуе плазмалық жалын алынды. Әуе бұқаралық айналасында 36 кг / сағ және 100 кВт электр қуаты енгізу шүмек арқылы ағатын плазмалы генератор шығуда плазмалық жалын орташа температурасы туралы 5000 К болып табылады.

Сурет 8. Эксперименттік плазмалық жалын және оның өлшенген изотермы

Алдын ала есептеулер бойынша, плазмалық генераторы шығатын шашатын плазмалық ағынының таралу қарқыны имитациялау болды. Дивергентті саптама 80 мм ( 8-сур ) Ұзындығы 40 мм-ден 60 аралығында.

Алынған эксперименттік деректерді салыстыру(9-сур). Ал болжаған және өлшенген нәтижелерді 3- кестеден көруге болады.

Сурет 9. Плазмалық генераторынан әуе - плазмалық ағынының болжамды изотермы

Кесте 3. Әуе плазмалық жалын бойындағы температура өлшенген және болжамды құндылықтарды салыстыру

 Температура ( K )

Ось бойымен қашықтық (м )	5000	4500	4000	3500	2500	2000	1500	1000
Эксперимент	0,03	0,05	0,086	0,116	0,153	0,188	0,227	0,375
Модельдеу	0,03	0,086	0,109	0,123	0,167	0,202	0,255	0,37

2.4 Алматы жэо-2 бкз-420 қазанында пож моделдеу және сынау

Бұл жұмыста Алматы ЖЭО-2 БКЗ-420 қазанында ПОЖ-ні моделдеу және сынаулар нәтижелері көрсетілген (10-сурет). БКЗ-420 қазаны үшін плазмалық-отын жүйелері негізгі үш жанарғы негізнде құрылған: төменгі қабаттың екі шеткі жанарғысы және жоғарғы қабаттың ортаңғы жанарғысы; ПОЖ жанарғыларда біріншілік аэроқоспа каналының орнында орналасқан. Бұл екіншілік аэроқоспа жолдарын (аэроқоспаның сыртқы каналы) және екіншілік ауаны өзгеріссіз қалдыруға мүмкіндік берді.

Сурет 10. Алматы ЖЭО-2 БКЗ-420 қазанында негізгі шаң-көмірлі жанарғылардың және ПОЖ-нің үйлестіру сызба-нұсқасы.

1. – Штаттық құйынды екіағынды шаң-көмірлі жанарғы; 2 – пож

Сандық зерттеулер үшін қазанның жұмыс істеуінің екі режимі таңдалып алынған: дәстүрлі (алты шаң-көмірлі жанарғыны пайдаланады) және жанудың плазмалық белсендірілуі (ПОЖ-дегі үш шаң-көмірлі жанарғыларды ауыстыру). ПОЖ-да аэроқоспадан алынатын ЖЕО параметрлері «Плазма-Көмір» бағдарламасы көмегімен есептелген. Олар ПОЖ-мен жабдықталған БКЗ-420 қазанының оттығын үшөлшемді есептеу үшін бастапқы параметрлер ретінде болған, ал есептеу Cinar ICE бағдарламасы бойынша жүргізілді. Осы бағдарлама штаттық құйынды шаң-көмірлі жанарғылармен жабдықталған БКЗ-420 қазанының оттығында көмірдің жануының дәстүрлі режимін де есептеу үшін қолданылды.

Қазанда күлділігі 40%-ды құрайтын, ұшқыш заттары 24%, ылғалдылығы 5% және жану жылуы 16760 кДж/кг болатын жоғары күлді Екібастұз тас көмірі жағылады. «Плазма-Көмір» бағдарламасы бойынша ПОЖ-ін есептеуге арналған бастапқы мәліметтер:

Плазмотронның қуаттылығы, кВт......................................................200

Аэроқоспаның бастапқы температурасы, К.....................................362

Көмірдің жанарғы немесе ПОЖ арқылы шығыны, кг/сағ.............6000

Біріншілік ауаның шығыны, кг/сағ.....................................................8955

ПОЖ-нің ұзындығы, м.........................................................................3,687

Көмір төрт құраушылардың қосындысы ретінде моделденеді, % (масса бойынша): негізгі тіркелген көміртек С – 46,18, ұшқыш заттар (H₂ – 2,63, H₂O – 1,84, CO – 3,95, CO₂ – 1,4, CH₄ – 0,55), күл – 40 және бензол түрінде болатын шайыр C₆H₆ – 3,45. Есептеу нәтижесінде ЖЕО-ның түзілуінің плазмалық үдерісінің келесі сипаттамалары алынған: газ бен бөлшектердің температуралары мен жылдамдықтарының таралуы, газ фазасының комоненттері концентрациялары, кокс қалдығындағы көміртектің газификация дәрежесі және концентрациясы. ПОЖ шығарда газ бен бөлшектер арасында термиялық тепе-теңдік орнайды, бұл кезде газ бен бөлшектер температурасы 1025 К, ал газ ағынының жылдамдығы 49 м/с, ол бөлшектердің жылдамдығынан 1 м/с-қа артық. ПОЖ-нен шыққанда ағынның жылдамдығы дәстүрлі шаң-көмірлі жанарғылардан шыққандағы аэроқоспаның жылдамдығынан айтарлықтай жоғары болатынын атап өткен жөн. ПОЖ-нен шыққанда тотықтырғыштар (CO₂, H₂O, О₂) концентрациясы 19,2%-ға тең болады, көмірдің газификация дәрежесі 40%-ды құрайды, бұл ЖЕО алуға толықтай жеткілікті.

ПОЖ-нен шыққандағы интегралды сипаттамалар (кестені қара) Cinar ICE бағдарламасын пайдалана отырып ЖЕО-ның БКЗ-420 энергетикалық қазанының оттығында жануын үшөлшемді сандық моделдеуде бастапқы параметрлер ретінде қолданылды.

Кесте 4. ПОЖ-нен шығардағы ЖЕО-ның құрамы

Газ фазасы, % (көлем бойынша)								Күл, кг/сағ	С, кг/сағ
Н2	CO	CH4	C6H6	CO2	H2O	N2	O2
1,05	7,75	0,3	0,77	15,6	3,55	70,84	0,15	1518	261

Дәстүрлі және плазмалық режимдерде оттықтан шыққандағы параметрлерді есептеу нәтижелері:

	Дәстүрлі режим	Плазмалық режим
Температура, °С..............	950	798
Концентрация:
О2, %................................	2	1
CO2, %..............................	16	18
NOx, ppm.........................	80,6	59,5
күлдегі көміртек, %......	1,1	0,9

Келтірілген мәліметтер үш ПОЖ бар оттықтан шыққандағы көмірдің толық жануын сипаттайтын қалдық көміртектің концентрациясы дәстүрлі жағудағыға қарағанда 16%-ға төмен екендігі көрсетеді. Плазмалық-отын жүйесі азот оксидтерінің шығарылуын 33%-қа төмендету есебінен қатты отынның жану үдерісінің экологиялық сипаттамаларын жақсартады. ПОЖ-ін пайдаланған кезде қазанның оттығынан шыққанада қалдық көміртек пен азот оксидтерінің NO_x концентрацияларының төмендеуі ЖЭС-ның экологиялық-экономикалық көрсеткіштерін арттыратыны анық.

БКЗ-420 қазанында орнатылған үш ПОЖ-ін сынау кезінде аэроқоспада шаңның қажетті концентрациясы оранғанда (0,6-0,7 кг/кг), қазанның салқын оттығында шаң-көмірлі шырақтың тұтануы байқалған. Сандық пирометрмен -шырақтардың температурасын өлшеу тұтанғаннан кейін температура 700-800°С құрағанын көрсетті және ол қажетті 1050-1070°С-ге дейін көтерілген, бұл ПОЖ-мен жабдықталған БКЗ-420 қазанының оттығын моделдеу нәтижелерімен сәйкес келеді. Сынаулар кезінде шырақтардың тұрақтануынан кейінгі ыстық ауа температурасының жылдамдығының артуы қазанды мазуттпен жағу кезіндегі жылдамдығына сәйкес келетіні тіркелді [57].

Бірақ қазанды мазутсыз жағуға қажетті тұрақты шаң-көмірлі шырақ шаңды тура үрлейтін шаң жүйесінің штатты режимінде аэроқоспадағы көмір шаңының концентрациясын 0,6-0,7 кг/кг деңгейінде тұрақтандыру мүмкін болмағандықтан және иірмек аэроқоспа ағынының тұтас ауа плазмалық шырақпен жеткіліксіз әрекеттеспеуінен алынбады (11-сурет). Суреттен көрініп тұрғандай, ПОЖ-інң қимасының салыстырмалы түрде үлкен емес ауданын плазмалық шырақ жауып жатса, онда аэроқоспа ағынының негізгі бөлігі онымен байланыспайды, бұл жоғары күлді Екібастұз көмірінің шаң-көмірлі шырағының тұрақсыз тұтануына алып келеді. Осыған байланысты құйынды ПОЖ-дегі аэроқоспаның иірмек ағынының тұтас ауа плазмалық шырақпен қарқынды түрде әрекеттесуін ұйымдастыру үшін траекториясын анықтау керек. Бұл міндетті шешу үшін аэроқоспаны сарп аппарат арқылы беретін құйынды ПОЖ-нің сандық зерттеулері жүргізілді (12-сурет). Есептеулердің мақсаты аэроқоспа ағынының плазмалық шырақтың плазмотроннан шығу аймағымен қиылысу аймағын анықтау болып табылды.

Сурет 11. Аэроқоспа берілмегендегі ПОЖ-дегі плазмалық шырақ

Сурет 12. Алматы ЖЭО-2 БКЗ-420 қазанына арналған құйынды ПОЖ-нің жалпы көрінісі