О ВОЗМОЖНОСТИ КОРРЕКЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВОДЫ В ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПУТЕМ РЕЗОНАНСНОЙ МАГНИТОАКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ШУМОВЫМИ СИГНАЛАМИ
Зима И.И., Жирнов В.В., Переверзев Д.А.
Введение
В современных электростанциях широкое применение находят разные способы химической коррекции параметров воды различного назначения. Поскольку химическая коррекция требует больших затрат различных реагентов и сопровождается экологическим загрязнением стоков и окружающей среды, то поиск других способов коррекции является актуальной задачей.
Цель настоящей работы состоит в том, чтобы показать возможность применения для коррекции параметров воды резонансной магнитоакустической обработки шумовыми сигналами малой мощности.
Такую обработку можно отнести к интеллектуальным методам воздействия на рабочую среду, осуществляемым с учетом особенностей ее структуры и характера взаимодействия с окружающей средой, в частности, с геомагнитным полем.
Магнитный резонанс это избирательное поглощение энергии электромагнитных или акустических волн определенной частоты в жидкости, находящейся в магнитном поле.
В настоящей работе для решения задач водоподготовки предложено использовать протонную, электронную и акустическую разновидности магнитного резонанса. Магнитный резонанс обусловлен прецессией спинов протонов и электронов, образующих спиновую систему образца воды. Возбуждение магнитного резонанса есть не что иное, как раскачивание этой спиновой системы в интересах решения определенных задач. При использовании электромагнитных волн раскачивание происходит за счет магнитного воздействия на магнитные моменты частиц, а при использовании акустических волн – за счет спин-фононного воздействия на их спины [1,2].
Для возбуждения магнитного резонанса в образце жидкости последний должен быть помещен в продольное постоянное магнитное поле и поперечное переменное магнитное или акустическое поле. При воздействии этих ортогональных полей спины протонов и электронов прецессируют со своими гиромагнитными частотами. Напряженность постоянного магнитного поля внутри котла определяет эти гиромагнитные частоты. При решении задач водоподготовки в качестве продольного постоянного магнитного поля используется, как правило, естественное геомагнитное поле. Возбуждение переменного поля осуществляется индукционными или акустическими преобразователями, на которые подаются электрические сигналы генератора резонансной частоты.
Для возбуждения соответствующего магнитного резонанса частота генератора должна совпадать с гиромагнитной. Возникает задача парирования неопределенности напряженности геомагнитного поля, которая может быть решена, например, за счет применения широко
полосных шумовых сигналов. Для средних значений напряженности геомагнитного поля условие протонного резонанса выполняется в диапазоне звуковых, а электронного - ультра-звуковых частот.
1. Резонансный магнитоакустический реактор
Для физического моделирования влияния РМА обработки на свойства различных теплоносителей был разработан и изготовлен резонансный магнитоакустический реактор (РМАР), имитирующий работу водонагревателей накопительного и проточного типов.
Функциональная схема резонансного магнитоакустического реактора приведена на рис.1. Основными элементами реактора являются: бак сепаратора-1; вентиль-2; виброизлуча
тель звуковой-3; виброизлучатель ультразвуковой-4; антенна рамочная-5; соленоид-6; генератор звуковых частот-7; генератор радиочастот-8, термоэлектрический нагреватель-9.
Конструктивно бак сепаратора 1 размещен на металлической основе; виброизлучатели 3 и 4 акустически закреплены на внешней поверхности корпуса бака сепаратора 1; рамочная антенна 5 размещена внутри бака сепаратора 1; соленоид 6 размещен на диамагнитном каркасе на входе в сепаратор, вентиль 2 закреплен резьбовым соединением на выходе сепаратоРис.1. Функциональная схема резонансного магнитоакустического реактора.
ра 1; генератор звуковых частот 7 и генератор радио частот 8 жестко закреплены на металлической основе бака сепаратора 1. Для обеспечения максимальной реакционной способности реактора акустические излучения виброизлучателей 3 и 4 фокусируются в активной зоне, находящейся центре окружности рамочной антенны 5.
2. Результаты экспериментальных исследований.
В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований реактора, в котором в качестве теплоносителя использовалась водопроводная вода. Обрабатываемая вода находилась в железном сепараторе и обновлялась перед каждым включением. Объем сепаратора РМАР составлял 50 литров. Мощность термоэлектрического нагревателя составляла -1,5 кВт. Включение РМА обработки производилось одновременно с включением нагрева. Потребляемая мощность генераторов шума не превышала 100 Вт.
Цель экспериментов состояла в том, чтобы определить влияние комплексной резонансной магнитоакустической обработки на параметры диссоциации и скорость нагрева воды.
Основные результаты экспериментов представлены на рис.2-7.
Здесь на рис.2-5 приведены соответственно семейства зависимостей: водородного показателя, окислительно-восстановительного потенциала, диэлектрической проницаемости и электрической проводимости воды от времени обработки (Т, мин) при температурах 17, 30, 45, 60 град. С (кривые 1, 2, 3 и 4), характеризующие изменения этих параметров, происходящие при резонансной магнитоакустической обработке.
На рис.6и 7 показаны характеристики нагрева и энергопотребления термоэлектрического котла емкостью 50 литров при работе с водопроводной водой (кривая 1) и водой обработанной в резонансном магнитоакустическом реакторе (кривые 2и 3).
Из анализа поведения кривых параметров диссоциации воды можно сделать следующие выводы:
1. Резонансная магнитоакустическая обработка создает предпосылки для предиссоциации воды и повышения активности ионов водорода.
2. Максимальный эффект воздействия достигается при времени экспозиции 5-15 минут.
3. В зависимости от состава водопроводной воды и времени экспозиции может быть
достигнуто как увеличение, так и уменьшение параметров диссоциации воды.
4. Наиболее чувствительным к резонансной магнитоакустической обработке параметром является электрическая проводимость.
5. Резонансная магнитоакустическая обработка также приводит к изменению струк-туры воды как диэлектрика и как проводника.
На рис. 6 и 7 видно, что при комплексной магнитоакустической обработке воды шумовыми сигналами в диапазонах звуковых и ультразвуковых частот происходит увеличение скорости ее нагрева, что эквивалентно увеличению мощности термоэлектрического нагревателя. Максимальный энергетический выигрыш при комплексной магнитоакустической обработке может составлять 30%.
Можно предположить, что в результате резонансной магнитоакустической обработки воды происходят изменения ее структуры, теплопроводности и теплоемкости. Справедливость такого предположения подтверждается, например, известной зависимостью коэффициента теплопроводности жидкости λ от ее атомно-молекулярного строения, состава и т.д.
λ = сdVL,
где параметры жидкости: d-плотность; с-удельная теплоемкость; V-скорость звука; L-среднее расстояние между молекулами.
Характерно, что электромагнитная и акустическая обработки оказывают на воду противоположное воздействие. Эксперименты, проведенные авторами, показывают, что аналогичные изменения происходят и с другими теплоносителями, в частности, с маслом и спиртом. Движение теплоносителя в нагревателях проточного типа приводит к снижению эффективности обработки. 
Рис.2. Семейство зависимостей нормированного водородного показателя δpH воды от времени комплексной обработки (Т, мин) при температурах 17, 30, 45, 60 град. С.
Рис.3. Семейство зависимостей нормированного окислительно-восстановительного потенциала δEh воды от времени комплексной обработки (Т, мин) при температурах 17, 30, 45, 60 град. С.
Рис.4. Семейство зависимостей нормированной диэлектрической проницаемости δε воды от времени комплексной обработки (Т, мин) при температурах 17, 30, 45, 60 град. С.
Рис.5. Семейство зависимостей нормированной электрической проводимости δχ воды от времени комплексной обработки (Т, мин) при температурах 17, 30, 45, 60 град. С.
Рис.7. Зависимости энергопотребления от температуры при комплексной обработке..
Заключение
1.Резонансная магнитоакустическая обработка имеет следующие преимущества по сравнению с химической:
процессы имеют непрерывный характер;
требуемый водно-химический режим обеспечивается без применения химических реагентов;
исключается загрязнение стоков из-за применения химических реагентов.
2. Имеются возможности применения резонансной магнитоакустической обработки котловой, охлаждающей, питательной и др. видов воды, используемых в теплоэлектростанциях для обеспечения нормативного регламента их водно-химического режима без применения химических реагентов.
3. При комплексной магнитоакустической обработке воды шумовыми сигналами в диапазонах звуковых и ультразвуковых частот происходит увеличение скорости ее нагрева, что эквивалентно увеличению мощности термоэлектрического нагревателя. Максимальный энергетический выигрыш при комплексной магнитоакустической обработке может составлять 30%.
4. Получаемый энергетический выигрыш может быть использован для энергосбережения при модернизации традиционных и разработке перспективных систем водоподготовки нового поколения.
Литература
1. Зима И.И. Роторный геомагнетизм. Новый взгляд на извечные проблемы. Харьков, ООО Оберіг, 2005.
2. Зима И.И. Кавитационное возбуждение магнитных резонансов в жидких средах и живых тканях в условиях неопределенности напряженности геомагнитного поля.- Харьков: Прикладная радиоэлектроника, вып. 3, 2007. С. 58-61.