Пылеугольная ТЭЦ, работающая на низкосортных углях, страница 25

          В основе ПЭТ лежат физико-химические превращения топлива (У. пыль, горючий газ, смола) и окислителя в НП, включающие суперпозицию различных процессов:

а) нагрев аэросмеси (воздуха и угольной пыли) до температуры деструкции; б) деструкция топлив с выделением летучих продуктов; в) газофазные реакции летучих и окислителя; г) нагрев коксового остатка (КО) с газовой фазой.

2. Особенности взаимодействия

ЭП с аэросмесью.

          При практическом использовании ПЭТ применяются в основном электродуговые ПЛ с плазмообразующем газом - воздухом. НП в них получают с помощью электрического разряда между электродами (катодом и анодом). Общая схема используемых в энергетике ПЛ показана на рис. 1. Воздух, подаваемый в катодную область, нагревается и частично ионизируется, существенно увеличивая свою энтальпию во время прохождения электродуговой зоны. Газ истекает через сопло-анод в виде плазменной струи, распределение температур в которой представлено на рис. 2. Видно, что температуры на оси плазменной струи могут достигать 12000 К, при которой молекулы азота и кислорода в воздухе полностью диссоциированы, а степень ионизации плазмообразующего газа достигает 3,5 %. Из хода изотерм следует, что радиальные градиенты температур составляет весьма значительную величину - 10⁴ град/см.

          Отсюда следует возможность сохранения короткоживущих диссоциированных и ионизированных компонентов (O, N, H, OH, NH, O⁺, H⁺, N⁺, электронный газ), образуемых в осевой зоне плазменной струи, за счет их автозакалки в периферийной зоне. Автозакалка, т.е. резкое охлаждение образованных форм, имеет место при их перемещении от центра с температурой 12000 К к периферии струи с температурой 3000-4000 К. Такое явление вполне возможно при поперечных размерах плазменной струи более 1 см и градиентах температуры в интервале 10⁴-10⁷ град/сек. Таким образом, вышерассмотренные особенности получения ЭП могут способствовать (за счет сильных неоднородностей поперечного температурного профиля плазменной струи) образованию и сохранению значительных концентраций химически активных центров, многократно ускоряющих термохимические превращения реагентов (топлива и окислителя).

          В условиях сильных температурных неоднородностей выходящей из сопла-анода плазменной струи фактическая концентрация активных центров может быть значительно выше, чем определенная расчетным путем по среднемассовой температуре струи равновесная концентрация радикалов, диссоциированных форм, электронов и ионов. Так, термодинамические расчеты с помощью программы АСТРА-4 показали, что равновесная концентрация химически активных центров при термохимической подготовке энергетического угля при Т = 2000-3000 К пренебрежимо мала. В то же время при практическом осуществлении процесса плазменного воспламенения углей отмечается многократное повышение энергетической эффективности плазменного процесса в сравнении с традиционным огневым, объясняемое сохранением химически активных форм за счет их резкого охлаждения.

          В основе ПЭТ лежит нагрев ЭП аэросмеси (А.), подаваемой через горелки в энергетические котлы. Энергия электрической дуги, если рассматривать взаимодействие ЭП с А., расходуется в общем случае:

          1. На нагрев воздуха и угольных частиц до температуры начала термохимических превращений (инертный нагрев);

          2. На гетерогенные превращения топлива в окислителе (при дальнейшем повышении температуры) с участием возбужденных молекул и атомов. радикалов и продуктов диссоциации молекул компонентов аэросмеси;

          3. На газофазные реакции продуктов термохимических превращений с участием ионов и электронов.

          Первая вышеупомянутая доля энергии называется термической составляющей, вторая доля - термохимической составляющей, а третья - термоэлектрической или электронно-ионной энергетической составляющей ЭП.