CC BY
18
№ 5. - 2017
Секция «Энергетика»
УДК 662.638: 662.637
СВЧ-РОЗЖИГ ДРЕВЕСНЫХ И ТОРФЯННЫХ БРИКЕТОВ
В ПЕЛЛЕТНЫХ КОТЛАХ
М.А. Кочева, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
(Н.Новгород, Россия)
Р.В. Кондратьев, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
(Н.Новгород, Россия), e-mai l:rvkond ratev@mai l.ru
Аннотация. В статье приведены основные результаты проведенных опытов по микроволновому воздействию электромагнитного поля на твердые виды топлива при разных значениях влажности. По результатов экспериментов определена продолжительность СВЧ-воздействия до момента возгорания опытных образцов. На основании полученных экспериментальных данных сделаны следующие выводы: 1) Определена средняя продолжительность каждого периода и она составляет: 1.1 Нагрев топлива (от 30 до 75 секунд); 1.2 Высушивание топлива до влажности 5 -10% (от 2-х до 3-х минут); 1.3 Воспламенение твердого топлива (от 15 до 30 секунд). 1) Наиболее интенсивно процесс сушки и воспламенения происходит в кусковом топливе средних размеров; 2) Суммарная продолжительность подготовительного периода поджога составляет не более 290 секунд; 3) Применение данной технологии не оказывает негативного воздействия на конструкцию котлоагрегата; 4) Не требует дополнительных изменений конструкции котлоагрегата; 5) Суммарные затраты электроэнергии на поджег влажного топлива массой 350 г в среднем составляют от 370 Вт до 564 Вт; 6) Доступность оборудования для создания микроволнового излучения; 7) Возможность розжига топлива со значением влажности до 81 % без применения дополнительных составляющих; 8) Повышение КПД КУ за счёт сокращения времени нагрева, высушивания и поджога влажного топлива; 9) Возможность унификации предтопочных камер с СВЧ-поджогом в зависимости от мощности КУ.
Ключевые слова: СВЧ-поджиг, пеллетный котел, микроволновое излучение.
MICROWAVE IGNITION OF WOOD AND FUEL BRIQUETS
IN PELLET BOILERS
Abstract. The article presents the main results of experiments on microwave electromagnetic fields on solid fuels under different values of humidity. According to the results of the experiments the authors identified the duration of microwave exposure to the time of the ignition. On the basis of obtained experimental data the following conclusions are made: 1) the average duration of each period is determined and it is: 1.1 Heating fuel (from 30 to 75 seconds); 1.2 Drying of the fuel to a moisture content of 5 -10% (from 2 to 3 minutes); 1.3 Ignition of solid fuels (from 15 to 30 seconds). 2) The мost intensive process of drying and combusting occurs in lump fuel of medium size; 3) The total duration of the preparatory period of the burning is not more than 290 seconds; 4) The application of this technology has no negative impact on the design of the boiler; 5) it is not required any additional changes in the design of the boiler; 6) The total electricity consumption for burning a wet fuel weighing 350 g averages from 370 W to 564 W; 7) Availability of equipment to generate microwave radiation; 8) The possibility of ignition of fuel with a value of humidity of 81 % without the use of additional components. 9) Increase of the efficiency KU by reducing the time of heating, drying and burning of wet fuel; 10) The possibility of unification of preheating cameras with microwave arson depending on the power of KU.
Keywords: microwave ignition, pellet boiler, microwave radiation.
В последние годы наибольший интерес проявляется к такому вектору развития экономики как энергосбережение. Данное направлении особенно актуально для энергодефицитных районов, в которых, как правило, отсутствует система газоснабжения. В качестве примера к таким территориям можно отнести северные районы Нижегородской области, испытывающие дефицит энергоресурсов, на территории которых в качестве топлива в котельных используют мазут, брикеты из торфа, привозной уголь или дрова.
В существующих котельных установках (далее - КУ), работающих на твердых видах топлива, одним из основных недостатков является необходимость использования дополнительного топлива (бензин, мазут) для его поджига.
Для устранения данного недостатка предложено на КУ после бункера дозатора установить промежуточную (предтопочную) камеру для предварительной подготовки (сушки, разогрева и первоначального поджига) твердых видов топлива в виде дров, стружки, пеллетов и брикетов из торфа.
На разработанной лабораторной установке был проведен ряд экспериментов по определению продолжительности основных процессов по предварительной подготовке топлива к его возгоранию.
В предтопочной камере смонтирован магнетрон мощностью 700 Вт для создания кратковременного микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц и его наложения на влажное твердое топливо. Под воздействием СВЧ-излучения в камере происходят следующие процессы: нагрев топлива, его высушивание до влажности 4 - 7%, воспламенение.
Результаты опытных экспериментов приведены в таблице 1.
На основании полученных экспериментальных данных сделаны следующие выводы:
1) Определена средняя продолжительность каждого периода, она составляет:
1.1 Нагрев топлива (от 30 до 75 секунд);
1.2 Высушивание топлива до влажности 5 -10% (от 2-х до 3-х минут);
1.3 Воспламенение твердого топлива (от 15 до 30 секунд).
2) Наиболее интенсивно процесс сушки и воспламенения происходит в кусковом топливе средних размеров;
3) Суммарная продолжительность подготовительного периода поджига составляет не более 290 секунд;
4) Применение данной технологии не оказывает негативного воздействия на конструкцию котлоагрегата;
5) Не требует дополнительных изменений конструкции котлоагрегата;
6) Суммарные затраты электроэнергии на поджиг влажного топлива массой 350 г в среднем составляют от 370 Вт до 564 Вт;
7) Доступность оборудования для создания микроволнового излучения;
8) Возможность розжига топлива со значением влажности до 81 % без применения дополнительных составляющих;
9) Повышение КПД КУ за счёт сокращения времени нагрева, высушивания и поджига влажного топлива;
10) Возможность унификации предтопочных камер с СВЧ-поджигом в зависимости от мощности КУ.
Таблица 1. Значения натурных экспериментов микроволнового воздействия на твер-
дотоплив
ные образцы
№ п/ п Вид топлива Влажность топлива, % Масса образца, г Время сушки образца, до влажности 4-7%, сек Время сушки образца, от влажности 47% до воспламенения, сек Температура возгорания образца, 0С
1 Торф тип 1 80,7 33 231 24 264
2 Торф тип2 (коксовый) 74,2 32 172 23 274
3 Ель 44,1 31 129 15 287
4 Кора дуба 46,3 34 161 28 269
5 Осина (щепа) 33 35 254 26 276
6 Бук (щепа) 45,9 38 255 27 306
7 Пеллеты 37,2 30 189 21 319
На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о необходимости применения СВЧ-поджига на существующих пеллетных КУ с традиционными видами топлива в котельных и домах северных районов Нижегородской области. Данную технологию необходимо развивать в широких пределах и рассмотреть возможность ее применения на предприятиях по производству тепловой энергии.
Литература:
1. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов В.С. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела / под ред. В.Е. Мессерле и В.С. Пере-гудова. Новосибирск: Сиб. предрпр. РАН «Наука», 1995. 304 с.
2. Кондратьев Р.В., Донцов Д.П., Павлов Д.А. Использование теплоты уходящих газов в котельных деревообрабатывающих предприятий // VI международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2014». URL: http://www.scienceforum.ru/2014/467/4465
3. Кондратьев Р.В., Донцов Д.П., Суворов Д.В. Экспериментальные исследования работы газогенератора VIESSMAN VITOLIG 150 // V международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2013». URL: http://www.scienceforum.ru/2013/59/2457
4. Кондратьев Р.В., Кочева М.А. Использование альтернативных видов топлива в северных районах Нижегородской области // V международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2013». URL: http://www.scienceforum.ru/2013/59/2454
5. Кондратьев Р.В. Получение тепловой энергии из отходов деревообработки // Межвузовский сборник статей лауреатов конкурсов. Н.Новгород, 2012. с. 181.
6. Кондратьев Р.В., Кочева М.А., Павлов Д.А. Эффективное использование возобновляемых энергетических ресурсов в Нижегородской области // Перспективы развития вузовской науки, 26-30 сентября 2013. Сочи, 2013. С. 104-105.
7. Кондратьев Р.В., Кочева М.А. Отопительная водогрейная котельная установка, работающая на древесных отходах (пеллетах) // Тезисы докладов 33-й межвузовской студенческой научно-технической конференции по итогам научно-исследовательской работы студентов в 2013 году. Самара, 2013 с.
В. Кондратьев Р.В., Кочева М.А. Утилизация древесных отходов // 14-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки-2012». Нижний Новгород, 2012.
9. Кычкин А.К., Аньшаков А.С., Алиферов А.И., Радько С.И., Урбах Э.К., Урбах А.Э., Фалеев В.А. Плазменная газификация техногенных отходов для получения тепловой и электрической энергии // Труды VI Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. -Якутск: Ин-т Физико-Технических проблем Севера им. В.П.Ларионова СО РАН, 2013. Т.2. С. 53-59.
10. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки: учебник для вузов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. 602 с.
References:
1. Zhukov M.F., Karpenko E.I., Peregudov V.S. i dr. Plazmennaja bezmazutnaja rastopka kotlov i stabilizacija gorenija pyleugol'nogo fakela / pod red. V.E. Messerle i V.S. Peregudova. Novosibirsk: Sib. predrpr. RAN «Nauka», 1995. 304 s.
2. Kondrat'ev R.V., Doncov D.P., Pavlov D.A. Ispol'zovanie teploty uhodjashhih gazov v kotel'nyh derevoobrabatyvajushhih predprijatij // VI mezhdunarodnaja studencheskaja jelektronnaja nauchnaja konferencija «Studencheskij nauchnyj forum 2014». URL: http://www.scienceforum.ru/2014/467/4465
3. Kondrat'ev R.V., Doncov D.P., Suvorov D.V. Jeksperimental'nye issledovanija raboty gazogeneratora VIESSMAN VITOLIG 150 // V mezhdunarodnaja studencheskaja jelektronnaja nauchnaja konferencija «Studencheskij nauchnyj forum 2013». URL: http://www.scienceforum.ru/2013/59/2457
4. Kondrat'ev R.V., Kocheva M.A. Ispol'zovanie al'ternativnyh vidov topliva v se-vernyh rajonah Nizhegorodskoj oblasti // V mezhdunarodnaja studencheskaja jelektronnaja nauchnaja konferencija «Studencheskij nauchnyj forum 2013». URL: http://www.scienceforum.ru/2013/59/2454
5. Kondrat'ev R.V. Poluchenie teplovoj jenergii iz othodov derevoobrabotki // Mezhvuzovskij sbornik statej laureatov konkursov. N.Novgorod, 2012. s. 181.
6. Kondrat'ev R.V., Kocheva M.A., Pavlov D.A. Jeffektivnoe ispol'zovanie vozobnovljaemyh jenergeticheskih resursov v Nizhegorodskoj oblasti // Perspektivy razvitija vuzovskoj nauki, 26-30 sentjabrja 2013. Sochi, 2013. S. 104-105.
7. Kondrat'ev R.V., Kocheva M.A. Otopitel'naja vodogrejnaja kotel'naja ustanovka, rabotajushhaja na drevesnyh othodah (pelletah) // Tezisy dokladov 33-j mezhvuzovskoj studencheskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii po itogam nauchno-issledovatel'skoj raboty studentov v 2013 godu. Samara, 2013 s.
8. Kondrat'ev R.V., Kocheva M.A. Utilizacija drevesnyh othodov // 14-j Mezhdunarod-nyj nauchno-promyshlennyj forum «Velikie reki-2012». Nizhnij Novgorod, 2012.
9. Kychkin A.K., An'shakov A.S., Aliferov A.I., Rad'ko S.I., Urbah Je.K., Urbah A.Je., Faleev V.A. Plazmennaja gazifikacija tehnogennyh othodov dlja poluchenija teplovoj i jelektricheskoj jenergii // Trudy VI Evrazijskogo simpoziuma po problemam prochnosti materialov i mashin dlja regionov holodnogo klimata. -Jakutsk: In-t Fiziko-Tehnicheskih problem Severa im. V.P.Larionova SO RAN, 2013. T.2. S. 53-59.
10. Cherednichenko V.S., An'shakov A.S., Kuz'min M.G. Plazmennye
jelektrotehnologicheskie ustanovki: uchebnik dlja vuzov. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2008. 602 s.
— • —
Сведения об авторах
Роман Вячеславович Кондратьев, аспирант, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород, Россия).
Марина Алексеевна Кочева, кандидат технических наук, доцент, начальник отдела ОНИРС, Нижегородский государственный архитектурно-стриительный университет (Нижний Новгород, Россия).
