5 марта 2017 г.

 

Ниже приводится статья инженера-физика Ю. Бровко «Полуторавековой парадокс» (из журнала «Техника и наука» №8 за 1987г.). В ней описана задача, от которой многие отказались, считая, что ее решить нельзя. Я предлагаю читателю сделать попытку ее решения.
Сначала выдвиньте правильную гипотезу. Подскажу: по-моему, при решении Вы можете воспользоваться эффектом, описанным в этой книге. Не торопитесь и не пугайтесь, что задача не из Вашей области знания. Испытайте себя.
“В 1920 году в Петербурге вышла небольшая книжка с длинным названием: «Краткое описание изобретенного В. Конгревом нового способа уменьшать количества сгораемого при нагревании котлов и других городских употреблений с истреблением при том и дыма». Написал эту книгу начальник Военно-научного комитета Генерального штаба генерал-майор Гогель, который в своем изложении уделил особенное внимание необычному методу сжигания угля, предложенному Конгревом.
Английский изобретатель предлагал (см. рис.66) над слоем горящего угля устанавливать решетку с насыпанным на нее слоем известняка (мела). Уголь сгорал в слое, после чего продукты сгорания проходили через известняк, разлагая его на известь и углекислый газ, потом через стенки котла передавали свое тепло воде и выбрасывались через трубу. Конгрев утверждал, что использование такого простого устройства даст отличный результат: снизит расход угля на производство пара почти в три раза!
Рис. 66. Схема сжигания угля, предложенная Конгревом.
Посулы изобретателя не были приняты на веру. Его утверждения проверили в Англии при выдаче патента. Проверили их и в России при покупке лицензии военным ведомством. Проверку в 1818 году проводил лично генерал-майор Гогель, который в своей книге привел следующие результаты:
      при испарении в котле 104 ведер воды без использования известняка было сожжено 126 английских фунтов угля;
      при испарении в котле 92,5 ведра воды с использованием известняка было сожжено 42 английских фунта угля и превращено в известь 126 фунтов известняка;
      если нет надобности в получении извести, то порция известняка, равная одной седьмой от расхода топлива, может служить в течении месяца.
Судя по публикациям, полуторавековой давности, сжигание угля с известняком в топках котлов применялось тогда достаточно широко, а его преимущества были подтверждены многократными экспериментами и считались общеизвестными (см., например, книгу Ф. Чижова «Паровые машины. Их история, описание и приложения» СПб., 1833, с.100). Но по прошествии некоторого времени идея Конгрева была почему-то забыта, хотя, казалось бы, в пользу ее высокой практической ценности говорит 2-3 - кратная экономия угля.
Сейчас, когда на повестку дня остро поставлена проблема сбережения энергоресурсов, следовало бы разобраться в этом интересном и отчасти таинственном опыте. Но, увы, все многолетние попытки заинтересовать специалистов сжиганием угля с известняком - способом, который некогда широко применялся в практике и был незаслуженно забыт, - не увенчались успехом.
Одна из моих первых статей по этому вопросу была направлена на заключение члену-корреспонденту АН СССР Г. Кружилину. Первый его ответ гласил: “Противоречит законам - см. Учебник Глинки”. Когда редакция журнала «Техника и наука» указала ему, что опытные факты ссылками на учебники не опровергаются и попросила дать более аргументированное заключение, то спустя несколько месяцев было получено следующее: “Все приведенные факты и ссылки верны, но это ничего не доказывает, так как трудно перевести старые меры в современные”. По существу, член-корреспондент АН СССР Г. Кружилин уклонился от обсуждения опытных данных.
Спустя некоторое время я обратился с этим вопросом к ректору Московского химико-технологического института им. Д.И. Менделеева, который поручил рассмотреть вопрос заведующему кафедрой химии углевода профессору С. Федосееву. С профессором я встречался и беседовал три раза и передал ему копии соответствующих ссылок. Примерно через 4-5 месяцев получил следующий ответ (устный): “Я проверил все представленные вами материалы. Все правильно, но я ничего не понимаю”. От дальнейшего обсуждения опытных фактов профессор уклонился.
Обращался я и в ГКНТ СССР, который направил предложение специалистам ЦКТИ им. И.И. Ползунова: “1 кг условного топлива содержит 7000 ккал и больше взять негде” - таково было их заключение.
Желая привлечь к этому вопросу внимание, я направил в адрес отдела науки журнала «Смена», который направил ее на отзыв в два различных НИИ - НИИ катализа СО АН СССР и НИИ электрохимии им. А.Н. Фрумкина.
Первые поступили весьма оригинально - статью потеряли, и, стало быть, их мнение остается для меня тайной.
От НИИ электрохимии поступил ответ за подписью старшего научного сотрудника А. Скундина, который подтвердил справедливость вывода члена-корреспондента Г. Кружилина и от себя добавил, что увеличить полезно используемую часть внутренней энергии углерода принципиально нельзя - сие, дескать, противоречит законам природы.
Обращался я также к академику М. Стариковичу. Спустя примерно полгода, при встрече, он мне сказал: “Я считаю старый промышленный опыт ошибочным, и вряд ли целесообразно что-то искать в этом направлении”.
Затем я обратился к академику В. Ржевскому. Спустя месяцев семь-восемь, он меня принял. Его мнение: “Я не могу оспаривать достоверность приведенного опытного факта, скорее всего так и было, но ваше теоретическое объяснение эффекта на основе каталитического влияния известняка со ссылкой на физику электронных ламп считаю ошибочным: по-моему, здесь все дело в химии кальция.
В 1985 году я направил это предложение в адрес Минуглепрома СССР, оно передано на заключение специалистам Института горючих ископаемых (ИГИ). В январе 1986г. Состоялось обсуждение. Специалисты ИГИ (заместитель директора по науке доктор геолого-минералогических наук И. Еремин, доктор технических наук М. Шпирт, кандидат технических наук А. Финягин и другие) пришли к выводу: “Изучением сжигания угля в слоях с минеральными добавками достаточно широко занимались в 30-х и 50-х годах - сейчас этим вновь начинают заниматься, но никто не заметил никакого увеличения теплоты, получаемой при сгорании углей, а, стало быть, старый опыт был явно ошибочным (опечатки, искажения и пр.), и его следует отнести к числу исторических казусов, и нет ни малейшей нужды тратить силы и средства на его проверку”.
Казалось бы, вопрос исчерпан и говорить не о чем. Но вот уже современный факт. В 1966 году было выдано авторское свидетельство №181047 на способ сжигания угля, в несколько раз повышающий эффективность его использования. Суть способа состоит в том, что уголь сжигается совместно с частицами металла (чугуна, железа, меди, алюминия). Согласно авторскому свидетельству металл не расходуется и после отмыва золы может быть использован повторно. Профессор Федосеев и специалисты ИГИ отнесли эффект повышения эффективности использования угля в данном случаеза счет окисления металлов, а их повторное использование признали невозможным. Значит, эксперты Госкомизобретений, выдав авторское свидетельство, допустили ошибку - предположим это, но рассмотрим еще один современный факт.
В книге Ф. Бромберга «Научно-технический прогресс и развитие электроэнергетики основных капиталистических стран», выпущенный издательством «Наука» в 1983 году, сообщается: “Американские фирмы разрабатывают проекты угольных ТЭС со сжиганием угля в ваннах из сжиженного известняка или доломита. Такая схема способна обеспечить более полное сгорание топлива и повысить КПД станций до уровня 45-46% и более”.
Вдумаемся в эти цифры. Средний КПД современных угольных станций - 33-35%. Чтобы повысить его на 10-13%, то есть довести до 45-46%, требуется увеличить КПД котлов на 24-31%, а их экономичность уже сегодня чрезвычайно высока - 92-93%. Следовательно, столь высокий прирост КПД ТЭС невозможно списать на одно только «более полное сгорание топлива» в ваннах из сжиженного известняка. Значит, сжигание угля с известняком таит в себе какие-то до конце не выясненные стороны.
Заинтересовавшись этим вопросом, я проанализировал энергетические балансы ряда промышленных процессов, в которых продукты сгорания топлива проходят, как и котле Конгрева, через слой известняка - доменный процесс, получение электрочугуна, сухой способ производства цемента. И что же! Оказалось, что во всех этих случаях энергия на выходе в 1.5-2 раза превышает энергию на входе. Получается, будто происходит нарушение закона сохранения энергии, и это сразу отбивает у современных специалистов охоту вникать в существо дела.
В самом деле - на производство 1 т цемента сухим способом расходуется 140 кг условного топлива, или 9.8×105 ккал. Сырьем для цемента является: 75% - известняк, 25% - окись кремния, двуокись алюминия, двуокись железа. Используя данные химической термодинамики, несложно рассчитать, что, с учетом теплосодержания расплава и потерь тепла, необходимые затраты энергии на этот процесс должны составить 12.8×105 ккал - это в 1.3 раза больше, чем подводится. (В расчете для простоты принято, что все добавки состоят из двуокиси кремния и что ее восстанавливается лишь 50%.)
Думается, дело стоит того, чтобы затратить некоторые силы и средства на окончательное установление фактов. И если они подтвердятся, следует приступить к практическому использованию идеи даже в том случае, если теория еще не в состоянии ее объяснить. Вспомним, что паровые машины начали успешно работать задолго до того, как появились теоретические основы теплотехники. Самолеты поднялись в воздух до создания теории подъемной силы крыла. История техники изобилует примерами, когда практика обгоняла теорию. Может быть, так будет и в этот раз!"
 
Я очень рад, что мы научно
Постичь не в силах мира сложность:
Без Бога жить на свете скучно
И тяжелее безнадежность.
Игорь Губерман [146].