SWorld – 19-30 March 2013

SWorld – 19-30 March
2013
http://www.sworld.com.ua/index.php/ru/conference/the-content-of-conferences/archives-of-individual-conferences/march-2013
MODERN DIRECTIONS OF THEORETICAL AND APPLIED RESEARCHES ‘2013
Статья/технические науки – химическая технология
УДК 662.71.74
Вязовик В.Н.
ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ЭЛЕКТРОНОКАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Черкасский государственный технологический университет
Украина, г.Черкассы, бул. Шевченко 460
Viazovik V.
TECHNO -ECOLOGICAL ASPECTS OF ELECTROCATALYSIS OF
INCINERATION OF WOOD
Cherkasy state Technological university
Shevchenko str., 460 Cherkassy, Ukraine, 18006
Рассмотрены результаты исследования влияния электронокатализа на
технико-экологические аспекты горения древесины.
Ключевые слова: горение, электронокатализ, оксиды азота, углекислый
газ? технико-экологические аспекты
The results of research of influence of electrocatalysys are considered on the
techno-ecological aspects of burning of wood.
Keywords: burning, electrocatalysys, oxides of nitrogen, carbon dioxide, technoecological aspects
В наступившем XXI веке актуальнейшей проблемой мировой экономики
является исчерпание запасов нефти. Извлекаемых ее запасов в мире (~140 млрд
т) при сохранении нынешнего уровня добычи (~3,2 млрд т) хватит примерно на
40 лет. Аналогична история и с запасами газа. Потому все больше потребителей
переходят на использование альтернативных видов топлива – древесины (в
виде дров и пеллет) и отходов переработки растений ( солома, шелуха в виде
пеллет). Использование в качестве топлива древесины и отходов переработки
растений не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду,
которые характерны для других видов топлива, так как при их сжигании
образуются только вода и углекислый газ, не образуются оксиды серы, , а
количество золы, которая образуется при сжигании данного топлива, не
превышает 1 % от общей массы топлива, не содержит токсичных веществ и
может быть использована как удобрение в сельском хозяйстве.
Но несмотря на все преимущества твердых топлив все равно существует
необходимость в интенсификации сжигания топлива. Одним из таких методов
интенсификации есть электронокаталитическое сжигание топлива, которое
заключается в обработке топлива на катализаторе, который находится в зоне
электрического разряда.
Исследования
проведены
на
электронокаталитического
стендовой
электронокаталитической
установке,
интенсификации,
сжигания
топлива
которая
состояла
блока
сжигания
из
были
блока
топлива
и
нагреваемого тела. Электронокаталитический блок представляет собой систему
электродов и катализатор. К блоку подводилось напряжение от 4до 20 кВ и
частотой от 50 Гц до 5кГц. Блок сжигания представлял собой 12 кВт бытовой
котел с системой циркуляции воды объемом 60 дм3. Каждый эксперимент
состоял из двух частей: контрольный эксперимент – эксперимент без
использования электронокаталитической интенсификации, то есть простое
сжигание топлива и эксперимент с электронокаталитеческой интенсификацией
– эксперимент при тех же условиях, что и контрольный, но с применением
электронокатализа.
При использовании электронокатализа при сжигании древесины, а именно
сосна и береза, наибольшая разница температур между контрольным опытом и
опытом с обработкой, достигается при напряжении 3,5- 5 кВ для 500 г дров
может достигать 2,5-3ºС ( что представляет увеличение теплотворной
способности на 71-75 %). При низших напряжениях эта разница температур
гораздо меньше и представляет 1,5ºС ( около 27 %). При напряжениях больше 5
кВ наблюдается постепенное уменьшение этой разницы и она не превышает 11,5ºС ( 15-20 %);
В
табл.
1
приведены
энергетические
характеристики
электроно-
каталитического сжигания дров. Анализируя процент потребляемой энергии
для проведения електронокатализа от количества энергии, которое можно
получить от сжигания 1 тона древесины видно, что при напряжении 3-3,5 кВ
процент ниже всего и не превышает 2-2,3 %. При высших напряжениях этот
процент растет и при напряжении 7-8 кВ и превышает 4 %.
При сжигании пеллет наибольшая разница температур между контрольным
опытом и опытом с обработкой, достигается при напряжении 5 кВ и достигает
4ºС. При меньших напряжениях (3-4 кВ) эта разница меньшая. Так при
напряжении 3 кВ она не превышает 0,5ºС, что не более ошибки опыта. При
напряжении 4 кВ эта разница достигает уже 2ºС. При напряжениях больше 5 кВ
энергетический эффект уменьшается до 2ºС и стабильно держится.
Аналогично
как
для
горения
древесины
было
определенные
энергетические характеристики сжигания пеллет, которые приведены в табл. 2.
Так наибольшее количество тепла выделяется при напряжениях 4-5 кВ, что
Таблица 1 Энергетические характеристики электронокаталитического
кВт·час
кДж
3
3,5
5
6
7
8
0,01
0,011
0,011
0,011
0,016
0,025
36
38,3
39,13
40,91
58,07
90
3,1
0,01
36
Потраченная энергия для 1
тону топлива
Процент
от
выделенкВт·час кДж
ного
тепла,
кДж
Береза
2149
20
72 000
1,67
1672
21,277 76 600
2,29
1433
21,739 78 260
2,73
1791
22,727 81 820
2,28
1552
32,258 116 100
3,74
1433
50
180 000
6,3
Сосна
2 269
20
72 000
1,58
Полученная энергия из
тоны, кДж
Потраченная
энергия
Полученная энергия,
кДж
Напряжение, кВ
сжигания дров
4 299 000
3 344 000
2 866 000
3 582 000
3 105 000
2 866 000
4 538 000
3,5
3,9
7,3
0,011
0,013
0,02
38,3
46,15
72
1 911
1 672
1 791
21,277
25,691
40
76 600
92 310
144 000
2,0
2,76
4,02
3 821 000
3 344 000
3 582 000
также подтверждают зависимостями, которые приведены выше. При этих
напряжениях
процент
используемой
энергии
на
протекание
процесса
электронокатализа не превышает 1,5 %, особенно при напряжении 4 кВ. При
напряжениях около 7 кВ процент используемой энергии значительно меньше,
чем при том же напряжении при сжигании древесины. Но количество теплое
выделяется при сжигании пеллет при напряжении 7 кВ меньше, чем при
сжигании древесины при этом же напряжении.
Как видно из табл. 3 максимальное уменьшение выбросов в атмосферный
воздух при сжигании древесины наблюдается при напряжении 4 кВ, когда
уменьшение концентрации оксида азота (ІІ) достигает почти 49 %, а оксиду
углерода, при том же напряжении, почти 33 %. При более высоких
напряжениях уменьшения выбросов оксида азота и углерода меньшее.
Таблица 2 Энергетические характеристики электронокаталитического
3
4
5
6
7
кВт·час
кДж
0,0081
0,0085
0,0096
0,013
0,014
29,03
30,51
34,62
47,37
50
2 149
2 627
2 627
2 149
1 863
Потраченная энергия для 1
тону топлива
Процент
от
кВт·ча
выделенкДж
с
ного
тепла,
кДж
11,52
41 470
1,35
12,11
43 580
1,16
13,74
49 450
1,32
18,8
67 670
2,203
19,84
71 430
2,68
Полученная энергия из
тоны, кДж
Потраченная
энергия
Полученная энергия,
кДж
Напряжение, кВ
сжигания пеллет
3 071 000
3 753 000
3 753 000
3 071 000
2 661 000
Таблица 3 Значения концентраций оксида азота и углерода при разных
напряжениях
45
45
45
45
45
38
23
24
30
22
15,6
48,9
46,7
33,3
51,1
Оксиды углерода (ІІ)
Концентрация
к обработке,
мг/м3
Концентрация
после
обработки,
мг/м3
Уменьшение
концентрации,
%
Уменьшение
концентрации,
%
Концентрация
к обработке,
мг/м3
Концентрация
после
обработки,
мг/м3
Напряжение, кВ
3
4
5
6
7
Оксиды азота (ІІ)
330
330
330
330
330
300
220
240
130
270
9,1
33,3
27,3
60,1
18,2
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что использование
электронокаталитического сжигания дров и пеллет приводит к существенному
увеличению количества выделяемого тепла для древесины и пеллет до 71-75 %.
При этом достигается снижаются выбросы NOx на 49 %, СО на 33%, а расход
энергии на проведение процесса не превышает 5 % от избыточного тепла.