Способ подготовки окислителя для сжигания топлива

007974 Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при сжигании различных видов топлива (твердого, газообразного, жидкого, водопылеугольного, суспензий, шламов и их смесей) на тепловых электрических станциях и в котлоагрегатах промышленного и коммунального назначения. Изобретение направлено на ресурсо- и энергосбережение, защиту и охрану окружающей среды от экологически вредных выбросов в атмосферу, формирующихся при сжигании топлива в окислителе воздуха. Изобретение также может быть применено в сопутствующих и смежных технологиях для активации и интенсификации термодинамических и плазмохимических процессов, например, при очистке рабочих жидкостей и газов, а также при усилении электрофизических, электролизных, пиролизных, химических и других реакций посредством воздействия на них непосредственно окислителем и/или физическими полями используемыми для его подготовки. Например, электрические и вакуумакустические с комбинационно-квантовым усилением поля, заряда и среды оптически активными флуктуациями (Явление вакуумакустической активации научное открытие 124, заявка -140 от 25.10.1998 г.). Известен способ ионизации воздуха и газов электрическим и тепловым полями и устройство его реализующее, которое включает электрод в виде стержня, соединенного с источником переменного тока и источником высоковольтного импульсного напряжения (патент России 2058510, F 24F 3/16, опубл. 20.04.96 г.). Такой способ и устройство при подготовке окислителя позволяют увеличить электронную эмиссию и получить газовый разряд при электрическом напряжении в несколько десятков киловатт вместо сотен и тысяч. При этом высокое напряжение имеет модулированную форму последовательно повторяющихся импульсов одной полярности и амплитуды с медленным подъемом и резким спадом. Недостатком этого способа и реализующего его устройства является высокая энергоемкость, сложность и неопределенность объемного модулирования разряда и, как следствие, весьма низкая эффективность технологического регламентирования при применении на больших потоках и объемах подготовки окислителя. Известен также способ подготовки топлива к сжиганию с предварительной ионизацией окислителя и устройство его реализующее, которое включает электроды в виде стержней, соединенных с источником электрического напряжения, расположенных в стенах исходного патрубка горелки (авт. свидетельство СССР 1048245, F 23D 13/44, опубл. 15.10.83 г.). Недостатком этого способа и устройства является низкая устойчивость газового разряда, потребность в слишком высоком напряжении при формировании ионизации, что в условиях запыленной среды может привести к осложнениям при эксплуатации и управлении режимом ионизации окислителя в реальной технологии, что резко сужает область использования. Операционное регламентирование такого способа подготовки окислителя весьма сложное и не контролируемо, а в технологиях с большими расходами потока окислителя при скоростях объемов до 10-20 м/с практически не эффективно. Следовательно, технологии с таким способом ионизации окислителя имеют узкую область применения. Известен способ подготовки окислителя к сжиганию топлива и устройство его реализующее, базирующиеся на применении неоднородного стационарного электрического поля и электрода в виде однополярной решетки, которая установлена поперек потока окислителя и электрически изолирована от стен трубопровода окислителя (патент Украины 24193 А, F 23C 11/00, опубл. 07.07.98 г.). Недостатком этого способа подготовки окислителя и устройства его реализующего является формирование только контурной ионизации окислителя с ближним порядком взаимодействия, что не дает возможности достичь достаточной глубины ионизации потока окислителя, а также сужает область применения в технологиях ТЭС, ТЭЦ и других объектах теплоэнергетики, где используются большие объемы и расходы окислителя при сжигании топлива. Наиболее близким по технологической и технической сути заявляемого изобретения есть устройство и технология ТИГ, которая содержит источник выпрямленного высоковольтного напряжения и электрически изолированную от стен трубопровода окислителя решетку-электрод со стекателями электрических зарядов (патент Украины 52845, F 23 С 11/00, опубл. 15.01.2003 г.) Однако данная технология ТИГ и устройство ее реализующее не обеспечивают должной метастабильности распределения ионизированного окислителя в потоке воздуха и требует ближней установки решетки-электрода со стекателями электрических зарядов к входным окнам окислителя котлоагрегата,что не всегда возможно из-за конструкции воздуховода. Дальнее расположение решетки-электрода связано с неоправданными потерями токов утечки и тока эмиссии на объемную ионизацию. В основу изобретения поставлена задача создания такого способа подготовки окислителя для сжигания топлива, который смог бы существенно интенсифицировать процесс горения топлива, резко снизить количество подаваемого воздуха (окислителя) и количество отходящих газов, путем макродиализной электродеструкции окислителя стекающими электрореактивными зарядами и непосредственными электрозвуковыми упругими волнами, посредством сформированных амбиполярных аномалий неоднородных электрических полей с помощью секционного объемноячеистого и/или объемнолучевого электрополяроида, причем последний выполнен линейным и виде чередующихся по полярности секций(- + - + и т.д.), преимущественно из решеток-электродов и решеток-электродов-экранов, имеющих исте-1 007974 катели электрореактивных зарядов и элементы эмиссии непосредственного поверхностного электрозвука, при этом секции поляроида избирательно (по полярности) размещены в поперечном сечении трубопровода окислителя и ориентированы в нем по направленности истечения зарядов и электрозвука относительно контуров деструктированного стохастического и термогравитационнго полей, а также к сформированному суперактивному электровакуумакустическому потоку и аномалиям преобразованного окислителя подготовленного к подачи в зону сжигания топлива. Поставленная задача решается тем, что способ подготовки окислителя для сжигания топлива, согласно изобретению, заключается в том, что при подаче потока окислителя в зону сжигания топлива на поток воздействуют амбиполярными аномалиями неоднородных электрических полей посредством секционного объемноячеистого и/или объемнолучевого электрополяроида, расположенного в поперечном сечении окислителя. Поставленная задача решается также тем, что на поток окислителя одновременно воздействуют электрореактивными стекающими зарядами и непосредственным электрозвуком, эмитируемым в контуре неоднородностей электрополяроида, а также за сет того, что поток окислителя дополнительно подвергают амбиполярному электромакродиализу посредством ондуляторных (волновых) солитонов, формируемых вдоль потока окислителя. Для осуществления указанного способа в технологии интенсификации горения ТИГ предусмотрены следующие существенные и преимущественные признаки: поток окислителя подвергают электрозарядовому и электрозвуковому макродиализу посредством амбиполярных аномалий неоднородных электрических полей с помощью секционного объемноячеистого и/или объемнолучевого электрополяроида, формирующего стекающие электрореактивные заряды и непосредственные электрозвуковые упругие волны избирательно направленного действия и электродеструкции; электрополяроид выполнен линейным в виде чередующихся по полярности секций, расположенных в поперечном сечении окислителя; секции электрополяроида выполнены из решеток-электродов и/или решеток-электродов-экранов,имеющих истекатели электрореактивных зарядов и эмиссии непосредственного поверхностного электрозвука, формирующих энергетические импульсы; секции электрополяроида избирательно по полярности ( - + - + и т.д.) размещены в поперечном сечении трубопровода окислителя и ориентированы в нем по направленности истечения зарядов и электрозвука относительно контуров деструктированного стохастического и термогравитационного полей, а также к сформированному в аномалию суперактивному электровакуумакустическому потоку преобразованного окислителя, подготовленного к подаче в зону сжигания топлива. На секции электрополяроида в виде решеток-электродов и решеток-электродов-экранов и их ячейки с истекателями электрореактивных зарядов и элементами эмиссии непосредственных поверхностных упругих волн, через операционную электронную систему, подается выпрямленное импульсное и прерывистое электрическое напряжение, например, величиной 20-25 кВ. Избирательно по периодичности и прерывности подается также и напряжение с модулированной частотой 20-40-80 кГц, которые в многоячеистом амбиполярном и межэлектродном промежутках формируют аномальные и пересекающиеся контурные, ячеистые, межэлектродные и рамочные поля в стохастическом и термогравитационном сочетании и взаимодействии со стекающими электрореактивними зарядами и непосредственными электрозвуковыми поверхностными упругими волнами, которые обеспечивают создание направленных энергетических импульсов. Заряженные решетки совместно с истекателями в виде электроигл, выступов или концентраторов создают в контуре поляроида и воздуховода аномалии неоднородностей и пульсирующее неоднородное электрическое и электровакуумакустические поля, через которые пропускают окислитель (воздух) от нагнетательного дутьевого вентилятора к горелкам горелочного топливного агрегата. При этом, вследствие прохождения воздуха-окислителя через такое избирательное по аномалиям неоднородностей электрическое поле происходит его ионизация и активация. Таким образом, окислитель перешел в первую фазу структуированной активности. После этого активизированные заряженные частицы кислорода стекают с эмитторных электрических игл в режиме реактивных импульсов энергии и мультиплицируются в вакуумакустических флуктуациях завихрений и турбулентностей посредством электрозвуковых высокочастотных волн сжатия и разряжения по ходу потока окислителя. При этом в зависимости от резонансной настройки сигналов на азот, вышедшие свободные электроны и флуктуирующие вакуумакустические каверны обеспечивают реакции превращения его в кислород. Наряду с этим в образованиях электрофильных групп (NOx) и триплетных радикалов (С-N0 О+) формируются токопроводящие каналы для мультипликации сверхактивного кислорода по центру воздуховода в зону горения топлива. При этом электрореактивные энергетические импульсы перемещают заряды в зону плазмы сжигания топлива. Степень ионизации окислителя определяется величиной тока утечки и зависит от параметров эмитерных электрических игл-истекателей электрореактивных зарядов, за счет электрического ветра и электровакуумакустических флуктаций микротурбулентности за решетками от набегающего с большой скоростью потока, около 15-25 м/с. Длина истекателей для этого потока избирательно лежит в пределах 40-140 мм и зависит от конфигурации решеток-электродов и их количества в-2 007974 поляроиде, которое может быть 2, 3, 4, 5, 6, 7 и т.д. Частота колебаний в микротурбулентностях чередуется со световым излучением 20-80 кГц. Применение пилообразующих, елочных, выпукловогнутых и иглообразных электрических истекателей зарядов и волн в составе ячеек решеток-электродов и решеток-электродов-экранов весьма избирательно по конфигурации и параметрам и определяется большим разнообразием факторов формирования заряда и импульса энергии, плазмохимических флуктуаций и реального мощного стохастического и термогравитационного факторов и полей со сложной синергетикой мод формируемых электрических и электрозвуковых полей, которые каждый раз требуют экспериментального моделирования технологического регламента сходного с реальными условиями эксплуатации каждой технологии интенсификации горения ТИГ. Настройка операционной системы и формирование технологических карт и электронных программ являются неотъемлемыми процедурами при внедрении на каждом новом теплоэнергетическом объекте, ТЭС, ТЭЦ и др. Испытания новой технологии интенсификации горения ТИГ, базирующееся на предложенном способе подготовки окислителя для сжигания топлива, показали, что заряды в энергетических флуктуирующих импульсах обладают сверхактивной реакционной способностью воспламенения топлива; сверхактивный окислитель и атомарный кислород, а также превращенный из азота кислород, содержащиеся в воздухе и используемые как окислитель при горении, резко интенсифицируют реакции горения, содействуют более полному выгоранию горючих составных топлива, уменьшают объем окислитель (воздуха), необходимого для сжигания одинакового количества топлива по сравнению с обычными условиями, увеличивают температуру горения и сокращают длину факела, что приводит к интенсификации лучистой теплоотдачи. Это положительно сказывается на повышении коэффициента полезного действия тепловых агрегатов. Уменьшение же количества окислителя (воздуха) приводит к уменьшению потерь тепла с уходящими газами. А в связи с тем, что уменьшается количество воздуха, подаваемого на горение, соответственно уменьшается и количество отводящихся в атмосферу дымовых газов, как следствие, сокращается потеря тепла. Следовательно, при неизменном содержании (в процентном отношении) в уходящих газах вредных веществ, их валовой выброс в атмосферу резко сокращается и практически исключает их вредность; амбиполярное электрическое поле с триплет-конфигурацией (- + -) и т.д. обеспечивает формирование суперактивной центральной части в потоке окислителя и регулирует метастабильность, то есть длительное удержание зарядов и флуктуации полярности в фазе, что в свою очередь способствует облегчению активации окислителя в процессе его подачи в зону горения топлива при меньших напряжениях электрического и электрозвукового полей, а также позволяет сформировать избирательную эстафетную мультипликацию зарядов и энергии посредством электровакуумакустического поля ориентированного вдоль оси трубопровода окислителя, в его реальных стохастическом, термогравитационном и тепловом полях, подготовленных к подаче окислителя в зону сжигания топлива. Кроме того, в промышленных печах, требующих направленного теплообмена от факела к теплопринимающей поверхности, в случае наложения электрического поля факел будет плотнее прижиматься к поверхности нагрева. Электризованные частицы топлива будут приближаться к заземленной поверхности нагрева и создавать возле нее высокотемпературную зону, что дает некоторое приращение кинетической энергии факела. В результате для выработки единицы тепла необходимо сжечь топлива значительно меньше, чем его потребовалось бы в обычных условиях. Все это приводит к повышению коэффициента полезного действия тепловых агрегатов и, в итоге, к экономии топлива. Эффект будет более высоким, если электроэмиттер имеет триплетную полярность (- + -), а каскад решетка-электрод будет установлен непосредственно перед сжигателем топлива и будет формировать избирательно ориентированные к зоне горения стекающие электрореактивные заряды и электрозвук 20-40-80 кГц и более. Таким образом, анализ выявленных существенных отличительных признаков заявляемого способа показал, что такие признаки, или похожие с ними по проявлению таких же свойств, что и в заявляемой совокупности, в известных технических и технологических решениях не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии совокупности признаков заявляемого способа критерию существенные отличия и достаточны для достижения технического результата, обеспечиваемого изобретением. Сущность изобретения поясняется подробным описанием примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 схематически представлена технология интенсификации горения типа ТИГ. На фиг. 2 приведен вариант аномалий полярностей и неоднородностей на одном из восьми воздуховодов (сечение А-А на фиг. 1). На фиг. 1 показана технологическая схема размещения оборудования типа ТИГ на котлоагрегате. Технология реализации способа подготовки окислителя для сжигания топлива включает шкафы 1 для монтажа и установки высоковольтного оборудования (пульты и блоки контроля, высоковольтные трансформаторы и выпрямители, модуляторы и преобразователи), высоковольтные кабели 2, короба воздуховодов (окислителя) 3, секционные электрополяроиды 4 с секциями из решеток-электродов с истекателями электрореактивных зарядов и элементами эмиссии электрозвука, высоковольтные проходные и опор-3 007974 ные изоляторы 5, котлоагрегат 6 с восьмью входами в зону горения окислителя и распределительная аппаратура 7. Способ осуществляется следующим образом. Воздух, содержащий окислитель, подается по восьми воздуховодам 3 в котлоагрегат 6. В каждом трубопроводе воздуховода 3 окислитель пропускают сквозь ячейки и промежутки между секциями линейного электрополяроида 4, установленного поперек трубопровода, выполненного в виде электрически изолированных от его стен секций из решеток-электродов и решеток-электродов-экранов, имеющих расположенные по их контуру истекатели электрических и электрореактивных зарядов и совмещенные на их поверхностях элементы эмиссии электрозвуковых поверхностных упругих волн. Каждая секция электрополяроида 4 отделена от металлического короба воздуховода (окислителя) 3 посредством высоковольтных проходных изоляторов 5 и соединена через высоковольтные кабели 2 и распределительные коробки 7 со шкафами 1 и с установленными в них высоковольтным оборудованием, то есть с пультами управления, с блоками контроля, с высоковольтными трансформаторами и выпрямителями и модуляторами импульсов и разрывов мод сигналов амплитуд и цугов импульсов. Каждый высоковольтный трансформатор повышает исходное (входящее) напряжение от электросети до величины заданного выпрямления. Каждый высоковольтный выпрямитель преобразует переменный ток с частотой 50 Гц (60 Гц) в постоянный ток с амплитудным напряжением в описываемом варианте до 18-27 кВ. Электрическое питание оборудования ТИГ осуществляется в режиме с напряжением 220 В и с переменным током 50 Гц. Модуляторы формируют электрозвук с частотой 20, 40 и 80 кГц и пульсации цуговой скважности 100 и 200 Гц пилообразной и избирательной формы. Токи активации (токи утечки) превышают показатели аналогов в 8-16 раз и варьируются по интенсивности горения (длина факела) в пределах 50-60 разовой кратности. Микрочастоты флуктуации варьируются в переделах 20-100 кГц с цугами электрореактивных солитонов энергетических импульсов плазмохимического свойства. Каждый модуль аттестуется на стенде. В период зарядки и разрядки решеток-электродов и истекателей электрических и электрореактивных зарядов и элементов генерации электрозвука, в воздуховоде создается неоднородное электрическое поле с аномалиями резкой напряженности в контуре решетки и между положительным и отрицательным электродами линейного поляроида, которые совместно со стохастическим и термогравитационным полями ориентируют течение амбиполярной диффузии и деструкции окислителя по избирательно выбранным процессам поляризации, ионизации, превращениям, под влиянием которых проходящий через ячейки и межэлектродные промежутки окислитель контактирует и взаимодействует с аномалиями неоднородностей полей, поверхностной энергией и флуктуациями электровакуумакустического происхождения(20-80 кГц) и резко активизируется до образования атомарного кислорода, а при заданной модуляции - и превращения азота в кислород. Такая среда становится более сильным окислителем, чем молекулярный кислород. При этом мощность выпрямителей лежит в пределах до 20 Вт. На фиг. 2 приведен вариант аномалий полярностей и неоднородностей на одном из восьми воздуховодов, где электрополяроид выполнен из решеток-электродов с истекателями электрореактивных зарядов и элементов эмиттеров электрозвука, чередующихся по полярности относительно решетки-электродэкран, подключенных последовательно в режиме триплет-полярностей фаз (- + -) и эмиссии 20-40-80 кГц, в режиме синхронизации скважности и мутипликации солитонов флуктуаций электровакуумакустической активации по направлению движения потока окислителя. Триплет (- + -) секций поляроида формирует осеассиметричную амбиполярность, с учетом левостороннего искривления движения центральной зарядовой части потока и пульсирующих цугов солитонов из вакуумакустических флуктуации плазмообразующего окислителя. Частота энергетических импульсов увеличивается и усиливается также асимметрично, с учетом влияния стохастического поля и термогравитационного фактора на переходах потокоподъемов и потокопадов окислителя в режиме турбулентной циркуляции псевдокипящего фронта воспламенения топлива, вводимого через горелки и спецканалы котлоагрегата. Следует отметить, что все восемь воздуховодов могут иметь различные контуры линейного электрополяроида как по аномалиям амбиполярности, так и по аномалиям неоднородностей электрических зарядовых и электроэмиттерных полей, в том числе и по количеству секций поляроида. Эти параметры определяются формируемой конфигурацией циркуляции топлива и окислителя в псевдокипящем и турбулизирующих контурах топочного горения и повторного комбинирования использования продуктов горения и окисления. Такое совмещение микропроцессов энергетических импульсов горения с ондуляторными (волновыми) излучениями в микрорезонансных диапазонах фазовых переходов, с подключением конденсата вакуума и его энергии,обеспечивается электронным программированием взаимодействия свободных электронов с их дефицитом в плазме и термогравитационном пространстве (квантовая подсветка горения). Управление операционной системой горения и синхронизацией подачи активного окислителя осуществляется электронной программой, оснащенной подсистемами контроля и диагностики режима с оптимальной интенсивностью горения и теплосъема. При смене вида топлива осуществляется перенормировка и перерегламентирование электрополяроида как по заряду, по току утечки, так и по интенсивности по полярности электрозвука. Электрополяроид имеет кассетную структуру и легко заменим по конфигурации амбиполярных аномалий неоднородностей электрических полей с контурной конфигурацией ячеек-4 007974 и объемов стекающих электрореактивных зарядов в зависимости от интенсивности контуров электрозвука и его ориентации в стохастическом и термогравитационном полях волновода трубопровода окислителя. Конструктивные схемы конфигурации ячеек, истекателей и элементов эмиттеров и их компоновка строго избирательны к параметрам состояния типов котлоагрегатов, типу окислителя и его термодинамической ионизации с учетом состава и добавок, а также по параметрической задаче и условиям формирования электровакуумакустической ситуации в окислителе и плазмохимической синхронизации их с процессом сжигания, интенсивностью горения, активностью теплосъема и обеспечения выброса продуктов полного окисления. Главной задачей подготовки окислителя для сжигания топлива в данном способе является обеспечение синхронизации реакций ионизации и энергетических импульсов выхода летучих в фазах частиц из топлива с подготовленными избирательно импульсами электровакуумакустической активности окислителя, т.е. с подготовленным его новым импульсным эолектроплазмохимическим и пульсирующим (флуктуирующим) состоянием микрообъемов с их поверхностными зарядами и несущими их цугами солитонов сверхактивного окислителя, в том числе и атомарного кислорода, формируемых амбиполярными аномалиями неоднородностей из электрических, электровакуумакустических и электроплазмохимических составляющих физических эффектов искусственного происхождения. Этот процесс назван электромакродиализным. В этой связи, главная сущность электромакродиализа окислителя воздуха заключается в том, что поток окислителя разделяют в поперечном сечении секционным объемноячеистым и/или объемнолучевым электрополяроидом, формируют на его поверхностях и между секциями амбиполярные аномалии неоднородных электрических полей, в которых создают условия образования зарядовых электрореактивных стекающих зарядов и эмиссии непосредственных поверхностных электрозвуковых упругих волн сжатия и разрежения, и затем, посредством гидродинамического потока окислителя в теневой поверхности ячеек истекателей секций электрополяроида формируют условия возникновения и отрыва энергетических вакуумакустических флуктуаций и каверн псевдокипящего свойства с активными поверхностными зарядами, с помощью которых совместно с заряжаемыми и периодически разряжаемыми поверхностями обеспечивают возникновение потоков электрического и ионного ветра за счет взаимодействия молекул, ионов и частиц потока окислителя с вакуумным конденсатом и аномалиями неоднородностей амбиполярных электрических полей, у которых диффузионные процессы зарядовых взаимодействий сконцентрированы в центральной части потока окислителя. Путем таких взаимодействий осуществляется электровакуумакустическая микродеструкция молекул окислителя, его фазовые переходы и превращения в суперактивное плазмохимическое состояние, в котором окислитель мультиплицируется в зону горения топлива, что, в свою очередь, резко активизирует воспламенение частиц топлива и интенсифицирует выход летучих горения, а следовательно, обеспечиваются условия избирательного (параметрического) резонаторного и микродетонационного горения, когда ликвидируется недожег топлива и ликвидируются вредные выбросы газов в атмосферу. Отработка технологического регламента способа подготовки окислителя для сжигания топлива традиционно проверяется корпорацией "ПромЕкономСервис" в условиях эксплуатации котельных установок на ОАО Донецкий металлургический завод, где технологии проходят стадии создания, а затем промышленных испытаний. Результаты новой технологии ТИГ-3 в сравнении с ТИГ на порядок превышают все параметры ожидаемого эффекта. На основании проведенных исследований заявляемого способа, в пределах совокупности существенности признаков, виден изобретательский уровень в достижении нового и высокого технологического и технического результатов при простоте в изготовлении, стабильности и надежности в работе. Заявляемый способ в технологической совокупности признаков способен решить задачу более интенсивного и активного ведения процесса горения топлива, за счет весьма глубокой ионизации центральной части потока окислителя и повышения его плазмохимической активности, что дает приращение энергии активации и возможность снизить потребление объемов сжигания топлива в котельных агрегатах ТЭС до 8%; в котельных установках ТЭЦ промышленных предприятий до 5-8%; повысить коэффициент полезного действия тепловых агрегатов ТЭС до 3%, а соответственно ТЭЦ до 5%; снизить валовой выброс вредных веществ в атмосферу до 70%. Эти результаты показывают, что заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получать существенно новый и более высокий положительный результат и экономический эффект. Предложенный способ и операционные его признаки хорошо согласуются в изготовлении с помощью наработанного опыта оснащения и использования, с применением доступных средств, материалов и оборудования технологий типа ТИГ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подготовки окислителя для сжигания топлива, в котором перед подачей потока окислителя в зону сжигания топлива на него воздействуют неоднородными электрическими полями с амбиполярными аномалиями, причем указанные поля формируют посредством секционного электрополяроидаэлектроэмиттера, имеющего чередующиеся по полярности секции и расположенного поперечно потоку-5 007974 окислителя, при этом секции выполнены в виде ячеек и/или лучей, для создания в сечении потока текстур точечных коронных разрядов и эмитирующих из них стекающих электрических зарядов.