В данной статье будут научно обоснованы важные и перспективные направления совершенствования огневых технологий. Это будет сделано, в частности, за счет применения новейшей электроогневой технологии сжигания различных веществ при использовании электрополей, которые выступают катализаторами горения. Рассмотрим применение данной технологии в области тепловой энергетики, а также транспортных теплодвигателей, в установках утилизации отходов и т.д. [1,2]. Мы покажем, что за счет применения новой технологии можно не только сделать процессы горения более интенсивными, но также улучшить управляемость некоторыми их характеристиками – температурного режима, давления, теплопроводности и другие. При этом сделаем вывод о том, что эта технология очень перспективна, ведь за счет нее можно решить самые острые проблемы человечества в области энергетики и экологии.
Данная статья будет представлять интерес для широкого круга специалистов в таких областях как огневых и тепловых технологий, физики, экологии, а также обычными читателями, для которых новые научные идеи являются действительно интересными.
ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ — ЭТО ПРОБЛЕМЫ НЕЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА
Сегодня экологические проблемы становятся все острее. Усилия ученых направлены в большинстве случаев именно на их решение с помощью новейших технологий и научных разработок. Основная причина загрязненной атмосферы в крупных городах – это, обычно, несовершенные огневые технологии, применяемые в области тепловой энергетики, при использовании теплового транспорта, теплодвигателей, при сжигании различных отходов. Доказано, что именно эти загрязнители являются основными – их вредный «вклад» составляет 70-80%.
Что такое огневые технологии? Это любые технологии, используемые при сжигании топлива, газообразных и других веществ. Эти технологии являются наиболее распространенными, человечество на сегодняшний момент не придумало более эффективного способа избавления от различных отход и сжигания топлива. Основные области, где используются огневые технологии – это тепловая энергетика, транспорт, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, нефтепереработка, химическая область промышленности, обезвреживание отходов. Но это не полный перечень сфер, где актуально применение огневых технологий.
С уверенностью можно сказать, что пока человечество не усовершенствует эти технологии, мировые проблемы экологии решить будет просто невозможно, поскольку из-за несовершенства технологий в атмосферу выбрасывается слишком много различных загрязняющих веществ. В этой статье будет описано и в полной мере раскрыты не только суть самой технологии, но также возможности ее использования в разных сферах для уменьшения наносимого вреда атмосфере.
Почему же экологам так трудно защищать природу от загрязнения?
Сегодня методами решения проблем экологии является в большинстве случаев не очень эффективный анализ степени и источника загрязнения среды. Этот метод носит название экологический мониторинг. Также еще один метод решения проблемы состоит в том, чтобы очистить окружающую среду от токсинов, если их процентное содержание превышает предельно допустимую норму.
К глубокому сожалению, сейчас методы измерения широкого «ассортимента» токсинов, которые выделяются в атмосферу при сгорании различных веществ, не говоря уже о способах утилизации токсичных отходов, довольно дороги, отличаются сложностью, и не очень эффективны. Даже если использовать идеальную технологию измерения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания разных веществ, то эффект будет не слишком высок, поскольку это будет борьба с последствиями несовершенных технологий сжигания, а вовсе не с причинами загрязнения среды.
Эффективность существующих огневых технологий в области экологии и энергетики.
Сейчас эффективность применяемых огневых технологий, когда химическая энергия топлива преобразовывается и изменяется, остается еще довольно низкой. Так, например, в тепловых двигателях – это не более 25%, а преобразование тепловой энергии в электричество на тепловых электростанциях не более 40%. Учитывая еще затраты на добывание, переработку топлива, а также его доставку потребителю, можно уверенно говорить о том, что общий КПД известных огневых технологий составит не более 10-15%. О чем это говорит? О том, что больше половины топливной химической энергии переходит как в тепло, так и в самые разные токсичные отходы и газы, которые и являются отравляющими факторами для атмосферы, создавая при этом широкоизвестный «парниковый эффект» и кислотные осадки. Это грозит планете не только изменением климата, но также потопом и отравлениями флоры и фауны. Таким образом, повторимся, несовершенная отечественная энергетика загрязняет природу на 70-80% если судить о загрязнениях в общем. Но как очистить атмосферу, если выхлопные газы – последствия несовершенных процессов сгорания веществ – загрязняют ее с каждым днем все больше и больше?
До тех пор, пока мы не научимся более эффективно и безопасно сжигать различные вещества и газы, наша планета будет под постоянной угрозой: загрязнение будет все больше, а печальный конец все ближе! Для того, чтобы это не произошло необходимо досконально разобраться с процессами сгорания, а также научиться более эффективно преобразовывать химическую энергию в тепловую, а затем уже в более полезные ее виды – электрическую, световую или механическую.
ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ И ПРОБЛЕМЫ КЛАССИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ ВЕЩЕСТВ
Горение – это сложное явление. Если смотреть на него с научной точки зрения, то этот процесс можно охарактеризовать как цепную реакцию последовательного дробления топливных частиц на более мелкие заряженные радикалы, которые также будут дробиться на еще более мелкие. Также про горение можно сказать, что это физико-химический процесс преобразования химической энергии межмолекулярных связей. Горение – это и физический процесс преобразования энергии в свет и тепло на молекулярном уровне. Если говорить в общем, то горение – это множество одновременных процессов.
Еще в школе нас учили тому, что горение – это взаимодействие топлива и окислителя, которое сопровождается выделением как тепловой, так и световой энергии. Высшая школа добавляет в это определение дополнительную информацию, говоря о том, что при горении не только выделяется тепло и свет, но также происходит выделение «скрытой энергии химических связей отходящих газов». Ученые всего мира изучают и совершенствуют свои знания в области процессов горения. Специалисты самых разных профилей – химического, физического, тепловой энергетики и т.д. – заинтересованы в новых разработках в области горения. Фундаментальными исследованиями знамениты такие ученые как Н.Н. Семенов, Я.Б. Зельдович и их последователи.
В современных условиях интенсивность горения увеличивают за счет воздушного поддува в зону горения, таким образом заведомо увеличивая в несколько раз объем выделяемых в атмосферу токсичных газов. Выясним ответы на казалось бы наивные вопросы: зачем нужен для горения окислитель (воздух)? Можно ли обойтись без него? Как горение начинается и как проходит?
Очень много неясных вопросов в физике есть и до сих пор. Вот например, несколько из них: как регулировать температуру и интенсивность процесса горения? Можно ли сделать теплопроводность пламени регулируемым? Как упорядочить тепловое движение частиц в пламени и в нагретых отходящих газах, и к чему это приведет?
Существует еще одна проблема, решить которую стараются все ученые – это наличие в современных тепловых процессах углеводородного топлива. Сразу вспоминается высказывание великого русского ученого Д.И. Менделеева, который утверждал, что используя нефть, мы будто топим печку денежными купюрами.
Углеводородное топливо – это сложные химические вещества, и за счет этого вместе с несовершенностью современных процессов горения, в итоге мы получаем целый «букет» побочных веществ и токсичных газов, вместе с которыми попусту в атмосферу уносится в атмосферу неиспользованная внутренняя энергия топлива, попутно отравляю окружающую среду.
Уже давно известно, что водород является просто идеальным топливом, поскольку его горение в кислороде практически идеально чистое. Однако, технология его получения в современных условиях является слишком дорогой, а процесс его горения взрывоопасен. Поэтому машины, работающие на водороде, сегодня не нашли широкого применения и топливом по-прежнему выступают органические веществ аи газы.