У нашому сучасному житті використання процесів горіння з метою отримання більше енергії, спалювання різних видів палив, грає велику роль в енергетиці, в металургійній та інших галузях промисловості. Так, 70% всієї енергії, що виробляється в даний час в світі, виходить в результаті спалювання органічних палив.
Від сюди слід, що актуальні зусилля, спрямовані на оптимізацію процесу горіння, з метою підвищення к.к.д. енергетичних агрегатів, зниження кількості шкідливих викидів з продуктами горіння.
Електричний заряд є одним із способів збільшення ентальпії продуктів згоряння різних палив.
На основі вивчення особливостей впливу на горіння електричних полів, можливе створення нових способів управління процесами горіння в енергетичних і технологічних агрегатах, що забезпечують зниження витрати палива, зменшення шкідливих викидів в атмосферу, інтенсифікацію процесу горенія- з одного боку, і підвищення ефективності засобів пожежної оборони, зниження витрати вогнегасних речовин - з іншого.
Суть теоретичних досліджень про вплив каталітичного впливу озону на процес спалювання газового палива полягає в тому,
що кулонівських сили рвуть згустки однойменно заряджених молекул кисню і газу з інтенсивним перемішуванням.
Спалювання палива (доменний і природний газ) можна інтенсифікувати при подачі на горіння іонізованого повітря. Іонізація повітря може бути досягнута в тліючому, искровом або дуговом розрядах. Будь-розряд - це проходження струму через газ. Технологія інтенсифікації горіння містить в собі підготовку окислювача до спалювання, яка полягає в тому, що перед подачею окислювача на спалювання його пропускають через неоднорідне стаціонарне електричне поле. При цьому відбувається утворення атомарного кисню, який є найбільш сильним окислювачем, ніж молекулярний. Таким чином, при проходженні окислювача через неоднорідне стаціонарне електричне поле він активізується, тобто стає більш реакційно-здатним. Це призводить до більш швидкої реакції горіння будь-якого палива: твердого, рідкого, газоподібного, до більш повному згорянню пальної складової палива, до можливості спалювання палива при меншому, ніж зазвичай, коефіцієнті надлишку повітря.
При вивченні впливу електричних полів на характеристики поширення полум'я можна виділити два випадки.
а) накладення електричного поля з метою максимально можливого підвищення ентальпії полум'я;
б) поширення полум'я в електричних полях характеризуються високою напруженістю. але малою силою струму.
Вплив електричних полів на процес поширення полум'я можна наочно пояснити наступним чином (див. Рис.1):
У варіанті «а» поле створюється між негативно зарядженої пальником і позитивним електродом, встановленим в «хвості» полум'я. Таким чином організовується рух позитивних електродів до пальника вниз і електронів вгору.
У варіанті «б» полум'я поширюється від позитивно зарядженої пальника до негативного електроду. В цьому випадку до пальника спрямовується
рис.1. Варіанти накладення електричного поля.
потік електронів, а позитивні іони отримають додаткову кількість руху по ходу потоку.
Варіанти «в» і «г» відрізняються відсутністю другого електрода і накладенням електричного заряду на пальник.
У варіанті «в» пальник має негативний заряд. слдовательно позитивні іони з обсягу полум'я будуть прагнути до пальника. навпаки, у варіанті «г» до позитивно зарядженої пальнику з полум'я кинеться потік електронів.
Таким чином, створюються передумови для визначення впливу наявних у полум'ї заряджених частинок на кінетику хімічних реакцій, так як підвищення температури полум'я за рахунок перетворення електричної енергії в теплову виключено, а вплив іонного вітру можна врахувати. змінюючи знак електричного заряду на єдиному електроді-пальнику.
З точки зору теплової теорії ефект іонного вітру пояснюється тим, що позитивні іони. захоплюючи за собою масу розжарених газів при накладенні поля по мал.1а. наближають зону з більш високою температурою до пальника. в результаті чого створюються умови для більш інтенсивного теплообміну між розпеченими продуктами згоряння і свіжою горючою месью. Це в свою чергу викликає прискорення реакції і зсув фронту полум'я ближче до пальника. При накладенні поля по рис.1б зона з більш високою температурою зміщуватиметься вгору. так як іони захоплять за собою до катода нейтральну масу розжарених газів. Теплообмін зі свіжою сумішшю в цьому випадку погіршиться, розвиток горіння сповільниться і фронт полум'я збільшить поверхню горіння.
При накладенні заряду на пальник можливі зміни поверхні горіння Sк і висоти внутрішнього конуса h к. що відбуваються за рахунок електричного взаємодії позитивних іонів з зарядом на пальнику. можуть бути пояснені так само. як і вплив поля. Однак ефект зміни Sк виявиться значно слабкіше.
рис.2. Зменшення висоти полум'я міського газу; постійне електричне поле.
Численні спостереження показують, що при накладенні на газо-повітряний полум'я поздовжнього електричного поля висота полум'я зменшується. що видно з графіка (рис.2).
Зменшення висоти полум'я під дією електричного поля відбувається незалежно від його напряму. Однак геометрія полум'я залежить від методу накладання на полум'я електричного поля.
Зміна форми полум'я, а отже і площі його поверхні може змінити загальну швидкість процесу згоряння, а звідси і швидкість поширення полум'я. Крім того, будь-яка зміна кривизни фронту полум'я може змінити нормальну швидкість полум'я. вона збільшиться, якщо фронт полум'я звернений увігнутістю до несгоревшим газам. і зменшиться, якщо він звернений до них опуклістю. Це пояснюється різної теплопередачей і дифузією радикалів в криволінійних Фрон полум'я. "
Після ряду експериментів було встановлено, що максимум іонізації відповідає фронту полум'я. де протікають хімічні процеси, причому концентрація заряджених частинок різко падає після виходу в зону продуктів згоряння. хоча в цій зоні і спостерігається максимальна температура горіння.
При накладенні електричного поля полум'я під дією іонного вітру буде щільніше прилягати до теплосприймаючої поверхні. в результаті чого швидкість її нагрівання збільшується. Електричне поле покращує умови теплообміну при будь-якому розташуванні тепловос-приймаючої поверхні.
Електричне поле впливає на стабілізацію полум'я, що перешкоджає такому негативному явищу, як відрив полум'я.
Це видно по графіку (рис.3).
рис.3. Стабілізація полум'я електричним полем при змінної швидкості потоку.
1 негативний потенціал на пальнику;
2 позитивний потенціал на пальнику.
Для безпечної роботи котельні установки, що працюють на газоподібному паливі, обладнають спеціальними автоматичними пристроями. Призначення цих пристроїв полягає в тому, щоб швидко відключити надходження газу в топку. якщо з якоїсь причини полум'я згасло і запобігти можливому вибуху. Для такого роду завдання розроблені багато систем автоматичного регулювання. Розрізняють як за принципом роботи. так і за конструктивним виконанням. Деяке поширення отримали системи. включають чутливі датчики контролю процесу горіння по іонізації полум'я. Приклад схеми такої системи представлений на рис.4.
ріс.4.Електріческая схема приладу контролю за горінням. заснована на вимірі провідності полум'я.
1-пальник, 2 електрод, 3 ізолятор, 4 реле теплового навантаження РТП.
Подвійний тріод включений таким чином, що при роботі однієї його половини друга виявляється замкнутою. Коли полум'я замикає ланцюг горелка- електрод. напруга постійного струму. знімається з опору R2. негативним полюсом подається через полум'я на сітку лівої половини подвійного тріода і замикає її. Права половина лампи в цей час працює, і реле відсічення газу. включене в анодний ланцюг цієї половини. знаходиться під струмом. При гасінні полум'я ланцюг негативного зсуву на сітці лівого тріода рветься і в його анодному ланцюзі тече струм. Напруга, що знімається з R3 позитивним полюсом подається на катод, а негативним - на сітку правого тріода. Правий тріод замикається і обезструмлює реле. В результаті доступ газу в установку припиняється.
Таким чином, при спалюванні газу в вигляді іонізованої суміші, що можливо при впливі на неї електричним полем або іонізованим заздалегідь повітрям, відбувається наступне - миттєво в будь-якій точці цього газу починають діяти сили відштовхування.
За рахунок підвищення температури горіння факела значно посилюється його світність. І нагрівання поверхні вже відбувається за рахунок випромінювання не тільки в інфрачервоному, а й у видимому і ультрафіолетовому спектрі. Світлова енергія зі швидкістю світла 300 км / с. поширюється, поглинається поверхнею, частково багаторазово відбивається і за рахунок цього відбувається миттєвий, більш сильне нагрівання поверхності.Прі цьому стабілізується процес самого горіння, що забезпечує ефективну і досить безпечну роботу пальників.
