CN101135439A - 固体燃料燃烧强化法 - Google Patents

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CN101135439A CNA2007101418927A CN200710141892A CN101135439A CN 101135439 A CN101135439 A CN 101135439A CN A2007101418927 A CNA2007101418927 A CN A2007101418927A CN 200710141892 A CN200710141892 A CN 200710141892A CN 101135439 A CN101135439 A CN 101135439A
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维亚佐维奇·维塔利·米古拉耶维奇
沃加克·奥列赫·沃洛迪米洛维奇
马尔齐施恩·尤里·丹尼洛维奇
巴德科·根纳季·茹里耶维奇
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Abstract

本发明是固体燃料燃烧强化法。本发明涉及能源、钢铁行业，即固体燃料燃烧：煤、泥炭和木头。本发明是：燃料－空气混合物在电场中通过在燃烧区内的、具有催化剂的、其上施加有高压的电极来燃烧，由于氧原子、碳自由基和含氧自由基的形成，可获得燃烧反应所有放热阶段的活化能的降低；燃烧过程还可获得燃料的节约、有助于固体燃料更充分燃烧并且提高燃烧过程的效率。本技术方案允许建立固体燃料燃烧强化系统，用于操作任何容量的锅炉。本技术方案不需要改变或改造锅炉的熔炉；用于建立放电和低温等离子体的电设备是标准的；形成在高压栅格上的催化剂是常用的。

Description

固体燃料燃烧强化法
技术领域
本发明涉及能源、钢铁行业，即固体燃料燃烧：煤、泥炭和木头。
背景技术
固体燃料燃烧过程众所周知。到目前为止，大量的固体燃料燃烧强化过程是公知的。其中一种方法是火焰燃烧强化，在送风时通过增加氧气的浓度实现，这导致燃烧区中原子和含氧自由基的浓度增加。
氧气转炉炼钢法(参见Kazakov Z.Ts，Osokin A.M.，Shishkov A.P.Technology of metals and the second constructional materials.-M.：metallurgy，1975-688 p.)是已知的。所获得的方法的实质在于通过氧枪(furma：一种特殊的管，插入液态/流体生铁/铸铁容积中；通过该管，氧气吹到金属的液体表面)向液态生铁吹送氧气。在向高温体(熔融的液体金属，温度约为1500-2300℃)吹送氧气的过程中，能够将难以氧化的杂质氧化。最强烈的杂质的氧化发生在与氧气喷射接触的金属表面上。
缺点：使用昂贵的氧化剂；与更大的氧气急流(进入氧枪但是没有与铸铁的碳、铁和其他组分反应且从氧枪出来的氧气)相关的氧化剂的非生产性费用；需要涉及巨大金属费用的额外组合技术的氧化剂接收(reception of oxygen：空气分离的复杂技术，需要巨大的金属和能量费用)。
通过放电对催化区域处理来进行的化学催化非均匀相(heterophase)过程的强化方法在文献[A.C.No.1036347，κl.B01D 35/06//B01D 51/00.An electricseparator 30.04.1982，and also Stolyarenko H..S.“The ozone systemsH2O-O3-O2-NOx-SO2 mechanism of radical chemical reactions in heterophase”//the Bulletin Cherkassy engineering institute of technology-No.3-1999.-p.81-85]中是已知的。放电对化学非均匀相过程的影响使得反应能够在300-500度的温度下进行，该温度低于没有放电作用的情况；这解释为跟随温度活化后的额外的电、波、光活化过程(波活化：通过高频波进行活化，例如，电磁场)。
缺点：该技术在反应组分浓度低的情况下进行了研究；这是导致用于产生放电的特定能量费用的增加的原因。
“火焰强化和管理方法”[the Stalemate.No.2125682 Russia，MKI F 23 No.005/00 F236005/00]是所选择的原型。
燃烧过程强化法通过电极之间的强纵向电场(2KV/sm和以上)和强横向电场对火焰的处理来进行，该电极通过例如电极的三相系统和三相高压电源旋转。该方法还包括以下操作：火焰高度及火焰的其他参数的测量、电极之间的变化距离、纵向场和火焰的重叠与场强度的同步调节。该方法还能够在横向电场中旋转火焰，这增加了燃料-空气混合物的搅动和粉碎程度(燃料-空气混合物的粉碎：意思是燃料与后面的空气搅拌的胶液化作用)，并且使燃烧强化。提出的将燃料通过纵向电场放入燃烧区的新的操作，其附加地在分子水平使火焰燃烧过程强化，并且减少了燃料的费用。该方法还能够通过改变上述电场的几何形状和电学参数来控制火焰的几何形状、温度和热导率，例如能够使火焰聚集，该火焰足以用于例如金属或合金的热处理。
缺点：高的输入功率系数，这降低了该过程的能量效率，需要燃料的搅动和离子喷射，燃烧过程的控制复杂。
发明内容
本发明基本原则是提出一项任务：向燃烧活化过程的热组分加入电、波、电催化活化，这能够提供固体燃料中的碳的最大程度的燃尽。
本发明的实质在于，通过具有催化剂的电极在电场中燃烧燃料-空气混合物，所述电极在燃烧区内，其上施加了高压，由于形成氧原子、碳自由基和含氧自由基可获得燃烧反应的所有吸热阶段的活化能降低。
这个所考虑的任务在放电、燃烧区的重叠区和低温等离子体合成的电催化过程得以解决，所述低温等离子体通过在电极上施加高压在两个电极之间建立，电极由可变化合价的金属、其氧化物或施加了催化剂的其他载流材料形成。电极上的电压范围为5-20KV。
通过与上述原型进行比较分析，可得出以下结论：通过建立低温等离子体并且在燃烧区进行电催化过程，提供了与所述原型不同的技术方案。这导致由煤分离的碳和碳氢化合物的热催化和电催化破坏速度近似，由于含氧自由基的高浓度增加了氧和碳结合形成二氧化碳和水的速度，增加了固体燃料中的碳的燃尽程度，并且节约了固体燃料。催化等离子体和氧化过程显示在一个区，与原型相比较，电能的费用降低了3倍，这能够获得高的燃料节约率。建立低温等离子体的燃料费用不超过所使用的电能的2-5％。
燃烧法如下所述。
基于实质的燃烧法在于物理和热化学阶段。提供以下步骤：粉碎燃料，将燃料和空气运送到燃烧区，搅拌燃料和空气，在各种设计的燃烧室中进行燃烧。利用电场进行的原型的燃烧过程强化发生在混合和燃烧区。所提出方法的强化发生在燃烧区，在该燃烧区中，燃烧过程结合有自由基的氧化过程和燃料的催化活化。
附图说明
附图中为所提出的技术方案，其中：
图1为实验设备示意图；
图2为热传递介质温度变化情况比较。
具体实施方式
图1的流程图包括：1-燃烧室；2-具有电极的燃料燃烧区；3-电热管，用于点燃燃料-空气混合物；4-盛有用于加热的水的容器；5-栅格；6-温度调节隔离；7-具有催化剂的高压电极；8-电源；9-接地。
下面描述本方法的具体实施例。
含有粉末固体燃料的气流进入燃烧室1。其经过栅格7、栅格5形式的高压电极，进入熔炉2。通过电点火3，燃料-空气混合物点燃的温度升高，然后，该点火装置关闭。由精确测量体积的热传递介质4(本实施例中为水)的温度变化限定设定的固定燃烧过程。电源8、9将5-20KV的电压施加在电极7上使燃烧过程强化，电极7以具有施加的催化剂的栅格的形式实现。该模式由相同体积的热传递介质的温度变化限定。
图2显示了在未放电和放电下进行时水的温度变化情况。在伴随放电的煤燃烧情况下可观察到，水的加热加速度大于未放电的情况，其中加速度证明放出了大量的热。所示的曲线上显示了三个不同的区：A-均匀燃烧过程建立区(曲线的开始部分，从0到2分钟)；B-煤的均匀燃烧区：曲线中部2-16分钟的直线位置；C-燃烧过程衰退区(16分钟后)。使用均匀燃烧区来计算煤燃烧过程容量和电活化效率。
在未放电情况下的产热功率系数达到平均73W/g，而使用放电的情况达到平均94.5W/g，高出18.6％，从而降低了相同规模上的燃料费用。
在进行两个实验的情况下对煤的燃尽程度是明确的。在这种应用下，未放电和放电下的煤灰含量和煤尽烧程度是已经明确的。
未放电情况下煤燃尽程度约72％(这与具有带一体化格状结构的锅炉近似一致)；放电情况下煤燃尽程度达89％。燃尽程度平均提高17.45％。
在将高压电极的催化剂栅格从燃烧区拿掉的情况下，热传递介质的温度变化速度平缓，燃料燃烧强化作用降低，煤灰中的碳含量近似未放电情况下的值。
因而，所提供的燃烧过程强化法可获得燃料的节约，有助于固体燃料更充分燃尽，并且提高燃烧过程的效率。
所公开的该技术方案能建立固体燃料燃烧强化系统，用于操作任何容量的锅炉。该技术方案的引入不需要改变或改造锅炉的熔炉；用于建立放电和低温等离子体的电设备是标准的；高压栅格上施加的催化剂是常用的。
测试设备形式的实验样本由申请人制作并测试。

Claims (3)

1.一种固体燃料燃烧强化法，在电场中进行燃料-空气混合物的燃烧过程，其特征在于，所述燃烧过程通过电极进行，所述电极上放置有催化剂，位于燃烧区中，并且其上施加有高压。
2.如权利要求1所述的固体燃料强化法，其特征在于，所述电极制成栅格的形式，由可变化合价的金属、其氧化物或施加有催化剂的其他载流材料形成。
3.如权利要求1所述的固体燃料强化法，其特征在于，施加在电极上的电压范围为5-20KV。
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