RU224045U1 - Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси - Google Patents

Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси Download PDF

Info

Publication number
RU224045U1
RU224045U1 RU2023134352U RU2023134352U RU224045U1 RU 224045 U1 RU224045 U1 RU 224045U1 RU 2023134352 U RU2023134352 U RU 2023134352U RU 2023134352 U RU2023134352 U RU 2023134352U RU 224045 U1 RU224045 U1 RU 224045U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
swirler
water
heat
fuel
turn
Prior art date
Application number
RU2023134352U
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Алексеевич Игнатов
Александр Юрьевич Иванов
Евгений Вячеславович Абрамов
Original Assignee
Михаил Алексеевич Игнатов
Гирман Сергей Игоревич
Жуков Юрий Валерьевич
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Алексеевич Игнатов, Гирман Сергей Игоревич, Жуков Юрий Валерьевич filed Critical Михаил Алексеевич Игнатов
Application granted granted Critical
Publication of RU224045U1 publication Critical patent/RU224045U1/ru

Links

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности может быть использована для отопительных котельных систем; для паровых турбин, т.к. продукт сгорания - это большое количество водяного пара и углекислота; для химического восстановления оксидов металлов. Технический результат, на который направлено заявляемое устройство, включает в себя обеспечение возможности контроля скорости подачи и стехиометрического состава топливной смеси при подготовке топлива непосредственно к процессу горения с целью обеспечения полноты прохождения реакций горения либо восстановления в случае применения в качестве реактора для восстановления оксидов при минимальном избытке какого-либо компонента топлива, тем самым обеспечение возможности исключения паразитной теплоёмкости материала (части материала), не участвующей в последующих реакциях, что, в свою очередь, способствует максимальному полезному тепловыделению. Технический результат достигается предлагаемым устройством горения масловодяной и угольно-водяной смеси, содержащим загрузочный канал, отличающимся тем, что включает корпус устройства, представляющий собой полую трубу переменного сечения с выполненной на её внешней стороне двумя теплоотводящими спиральными каналами и завихритель, имеющий две раздельные камеры, выполненные по форме одного витка плоской спирали, при этом завихритель на входе имеет стенку и является продолжением теплоотводящих спиральных каналов, в свою очередь, камеры завихрителя разделены стенкой, на которой соосно корпусу горелки выполнен проходной полый конус, причем внутри конуса расположена регулирующая штанга. Корпус имеет горловину и снабжен диффузором. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности может быть использована для отопительных котельных систем; для паровых турбин, т.к. продукт сгорания - это большое количество водяного пара и углекислота; для химического восстановления оксидов металлов.
Известна ротационная горелка для жидкого топлива (RU №2447320, опубл. 10.04.2012 г.), содержащая корпус, в полости которого установлен с возможностью вращения от привода полый вал, один конец которого связан с узлом топливоподачи, а на втором конце смонтирован соосно валу распиливающий стакан, в объем которого открыт выходной конец полого вала, снабженный разбрызгивающей гайкой и рабочее колесо вентилятора подачи первичного воздуха, жестко закрепленное на полом валу в полости кожуха, выпускной патрубок которого коаксиально охватывает распиливающий стакан, а тыльная сторона которого снабжена воздухоподводящим каналом, при этом горелка снабжена средством подачи вторичного воздуха, отличающаяся тем, что полый вал, выполнен с возможностью вращения с частотой 7500-8000 об/мин, при этом полый вал установлен в подшипниках, размещенных в масляной ванне, установленной в полости корпуса соосно полому валу, поверхность рабочего колеса подачи первичного воздуха, обращенная к распиливающему стакану, снабжена цилиндрическим выступом соосным с осью вращения полого вала, при этом днище распиливающего стакана снабжено выступом, с цилиндрической выточкой в торце, выполненной с возможностью плотной посадки на цилиндрический выступ рабочего колеса подачи первичного воздуха, при этом тыльная сторона разбрызгивающей гайки снабжена кольцевой канавкой, внешний бортик которой выполнен с возможностью плотного прилегания к поверхности дна распыливающего стакана, причем в днище распыливающего стакана выполнено сквозное отверстие с возможностью сообщения полости кольцевой канавки и полости кожуха рабочего колеса вентилятора подачи первичного воздуха, кроме того, в объеме разбрызгивающей гайки, в промежутках между разбрызгивающими отверстиями выполнены, предпочтительно, равноудаленные друг от друга сквозные воздух направляющие отверстия, продольные оси которых ориентированы вдоль оси симметрии разбрызгивающей гайки, предпочтительно, под углом к поверхности распыливающего стакана.
Недостаток заключается в том, что качество процесса, происходящего в данном устройстве, зависит от качества распыления, причем имеются механические части, а значит снижается надёжность. Распыление выполняется в атмосферу без контроля предварительной температуры компонентов горения, а стало-быть полнотой прохождения реакции никто не управляет и высокая вероятность получения большой доли СО вместо СО2, что означает, что с кг масла получат не 45 МДж, а всего 25 МДж, а также происходит загрязнение окружающей среды моноксидом углерода.
Наиболее близким аналогом является горелка для получения синтез-газа за счет частичного окисления жидкого или газообразного углеродсодержащего топлива в присутствии кислородсодержащего окислителя и замедлителя, содержащего пар и/или диоксид углерода (RU №2761331, опубл. 07.12.2021г.), содержащая:
средство для отдельной подачи в углеродсодержащее топливо кислородсодержащего окислителя и замедлителя,
центральный первый загрузочный канал, имеющий круглое поперечное сечение, для кислородсодержащего окислителя,
второй загрузочный канал, который соосно и концентрически окружает первый загрузочный канал с образованием кольцевого зазора между наружной стенкой первого загрузочного канала и внутренней стенкой второго загрузочного канала, через который подается замедлитель,
третий загрузочный канал, который соосно и концентрически окружает второй загрузочный канал с образованием кольцевого зазора между наружной стенкой второго загрузочного канала и внутренней стенкой третьего загрузочного канала, через который подается топливо, при этом наружная стенка третьего загрузочного канала образует наружную стенку горелки,
при этом загрузочные каналы выполнены таким образом, чтобы смешивание топлива, замедлителя и окислителя происходило только снаружи горелки.
Недостаток устройства в том, что качество получаемого при ограниченном сжигании синтез-газа носит вероятностный характер и не может исключать загрязняющих примесей, остающихся в составе синтез-газа из замедлителя, что ограничивает применимость устройства, в частности восстановительная атмосфера не может быть в полной мере применена в химическом синтезе чистых веществ из оксидов в виду неизбежности и неконтролируемости примесей в составе восстановителя (синтез-газе). Кроме того, в последующих реакциях горения и восстановления, замедлитель забирает на себя честь энергии, выделяемой при горении, тем самым снижая КПД процесса.
Технический результат, на который направлено заявляемое устройство, включает в себя обеспечение возможности контроля скорости подачи и стехиометрического состава топливной смеси при подготовке топлива непосредственно к процессу горения с целью обеспечения полноты прохождения реакций горения либо восстановления в случае применения в качестве реактора для восстановления оксидов при минимальном избытке какого-либо компонента топлива, тем самым обеспечение возможности исключения паразитной теплоёмкости материала (части материала), не участвующей в последующих реакциях, что в свою очередь способствует максимальному полезному тепловыделению.
Технический результат достигается предлагаемым устройством горения масловодяной и угольно-водяной смеси, содержащим загрузочный канал, отличающимся тем, что включает корпус устройства, представляющий собой полую трубу переменного сечения с выполненной на её внешней стороне двумя теплоотводящими спиральными каналами и завихритель, имеющий две раздельные камеры, выполненные по форме одного витка плоской спирали, при этом завихритель на входе имеет стенку и является продолжением теплоотводящих спиральных каналов, в свою очередь, камеры завихрителя разделены стенкой, на которой соосно корпусу горелки выполнен проходной полый конус, причем внутри конуса расположена регулирующая штанга. Корпус имеет горловину и снабжен диффузором.
Отличия заявляемого устройства от известных достигаются за счёт того, что процесс образования синтез-газа происходит без сжигания, путём прямой конверсии воды с углеродом, последний выделяется при диссоциации углеводорода входящего в состав топливной смеси, либо уже есть в свободном состоянии (во втором варианте топливной смеси). При этом соотношение и скорость подачи компонентов могут регулироваться на этапе подготовки топливной смеси до её подачи в заявляемое устройство, например, шестерёнчатыми насосами, приводимыми асинхронными электродвигателями, скорость вращения которых регулируются частотными преобразователями с учётом значений температуры и давления до подачи в зону реакции.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид устройства в разрезе сбоку, на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 3 - разрез В-В, где 1 - полая труба, 2 и 3 - теплоотводящие спиральные каналы, 4 - завихритель, 5 - стенка завихрителя 4, 6 - стенка завихрителя 4, 7 - проходной полый конус, 8 - подвижная (регулирующая) штанга, 9 - диффузор, 10 - форсунка, 11 - канал, 12 - зона горения.
Корпус устройства представляет собой полую трубу 1 переменного сечения с выполненными на её внешней стороне двумя теплоотводящими спиральными каналами 2 и 3, при этом спираль 2 служит для предварительного нагрева топливной смеси, её перевод в газообразное состояние и обеспечения эндотермической реакции конверсии углерода с водой, а спираль 3 служит для предварительного нагрева подаваемого окислителя (воздуха).
Подача предварительно нагретых топливной смеси и окислителя в зону горения 12 выполняется через завихритель 4, имеющий две раздельные камеры, выполненные по форме одного витка плоской спирали типа «улитка», являющимся продолжением теплоотводящих спиральных каналов 2 и 3 и обеспечивающее сонаправленное вращение топливной смеси и окислителя внутри трубы 1 устройства. При этом камера завихрителя 4, через которую подаётся топливная смесь, на входе имеет стенку 5 функция которой расширить сечение канала подачи уже переведённой в газообразное состояние топливной смеси непосредственно на входе в завихритель 4 с целью снижения скорости его поступательного движения и, соответственно, динамической составляющей давления, что влечёт повышение статической составляющей давления газа и соответственно дополнительное повышение его температуры.
Камеры завихрителя 4 разделены стенкой 6, на которой соосно корпусу горелки выполнен проходной полый конус 7, выполняющий роль форсунки подачи топлива в зону горения, при этом его внутренняя поверхность служит для повышения угловой скорости вращения топливной смеси, подаваемой из завихрителя 4 в зону горения, а наружная поверхность конуса 7, вкупе с горловиной (на фиг. не указана) корпуса 1 устройства, обеспечивают повышение скорости вращения окислителя на протяжении от завихрителя 4 до зоны горения 12.
Таким образом, наружный вихрь воздуха - ближе к стенкам горелки формирует наиболее холодный (тяжёлый) слой, что снижает перегрев корпуса 1; а более быстрый внутренний вихрь топливной смеси, имеет более низкое давление (согласно закону Бернулли), благодаря чему пламя обжимается и растягивается вдоль оси устройства обеспечивая равномерное и полное прогорание смеси (сечение В-В).
Давление и скорость подачи топливной смеси в зону горения 12 регулируется подвижной штангой 8 расположенной внутри конуса 7.
Сопротивление потоку отходящих из горелки газов настраивается диффузором 9.
В качестве топливной смеси используется смесь углеводородов (в качестве сырья содержащего которых, может быть использовано отработанные машинные масла) и воды, соотношение которых подбирается согласно стехиометрическим коэффициентам высокотемпературной реакции
CnHm + nH2O → nCO + (n + m/2) H2 (1),
где CnHm - углеводород (масло либор иной подходящий), nH2O - вода в количестве достаточном по стехиометрическому соотношению реакции (1).
Реакция преобразования компонентов в синтез-газ происходит при их нагреве в теплоотводящем спиральном канале 2, горелки и далее в камере завихрителя 4 при обеспечении высокотемпературной диссоциации молекул углеводорода на составляющие их углерод С и водород H2. Разложение углеводородов можно рассмотреть на примере метана CH4.
Как известно из уровня техники, разложение метана начинается при 300°С, а при 1000°С метан может разлагаться практически полностью.
Достаточное описание реакции есть по ссылке Дидактические единицы. Горение; диссоциация газов (studopedia.su), либо в учебниках по металлургии (Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. - М.: Металлургия, 1989, 392 с.; Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.И. М.: Металлургия, 1986. с.483; Теория металлургических процессов. С.И. Филиппов.)
Полученный при диссоциации углерод реагирует с водяным паром (входящей в состав топливной смеси воды) по эндотермической реакции водяного газа:
C + H2O = CO + H2 (2)
Таким образом, после предварительного нагрева топливной смеси мы получаем горючий газ из смеси монооксида углерода CO с водородом H2 и остатков водяного пара, пригодный как для получения тепла путём сжигания в токе воздуха, предварительно нагретого во второй теплоотводящем спиральном канале 3, так и для ведения реакций восстановления порошкообразных оксидов.
Вторым вариантом топливной смеси является мелкодисперсная водная взвесь микронного (до 5 мкм) либо субмикронного углерода (кокс, графит, антрацит) помол которого выполняется мокрым способом непосредственно перед подачей в топливной смеси в теплоотводящий спиральный канал 2 устройства. Соотношение углерода и воды подбираются согласно реакции водяного газа (https://ru.wikipedia.org/wiki/Водяной_газ)
C + H2O = CO + H2 (2)
Реакция, как и в первом варианте, проводится в зоне теплоотводящем спиральном канале 2 и при входе в зону завихрителя 4. Так как два теплоотводящих спиральных канала 2 и 3, то в 2 подают топливную смесь, а в 3 подают воздух. Энергоэффективность оценена по стандартной энталпии образования компонентов, с учётом теплоёмкости и предварительного нагрева до 1000°С: Для получения 1000 кДж получаемой энергии тратится 260 кДж на осуществление реакции (2) и 100 кДж на нагрев смеси.
При использовании любого из перечисленных вариантов топливной смеси основным этапом подготовки смеси для горения является прохождение высокотемпературной химической реакции углерода с перегретым водяным паром (2) продуктами которой являются водород и монооксид углерода, являющиеся эффективными восстановителями для многих металлургических реакций.
Устройство работает следующим образом.
Для запуска процесса горения устройство предварительно прогревается путём сжигания стандартного топлива (пропан, керосин и т.п.) подаваемого через форсунку 10, встроенную в канал 11, где смешивается с атмосферным воздухом и поджигается любым доступным методом, например, прямой поджиг горящей лучиной, применение электрической свечи и т.п.
Подача воздуха по теплоотводящему спиральному каналу 3выполняется постоянно, как при подаче пропана, так и при подаче топливной смеси. По достижении в теплоотводящих спиральных каналах 2 и 3 температуры достаточной для проведения реакции (2), начинается подача топливной смеси, температура и давление которой в теплоотводящем спиральном канале 2 контролируется термопарами и датчиками давления (на схеме не указаны) по значению которых может быть скорректирована как скорость подачи топливной смеси, так и давление внутри теплоотводящего спирального канала 2 путём регулирования положения штанги 8 относительно конуса 7, а подача стандартного топлива прекращается, при этом канал 11 может быть перекрыт, либо использован для подачи порошкообразных оксидов с целью их восстановления в процессе горения топливной смеси.

Claims (2)

1. Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси, содержащее загрузочный канал, отличающееся тем, что включает корпус устройства, представляющий собой полую трубу переменного сечения с выполненными на её внешней стороне двумя теплоотводящими спиральными каналами и завихритель, имеющий две раздельные камеры, выполненные по форме одного витка плоской спирали, при этом завихритель на входе имеет стенку и является продолжением теплоотводящих спиральных каналов, в свою очередь, камеры завихрителя разделены стенкой, на которой соосно корпусу горелки выполнен проходной полый конус, причем внутри конуса расположена регулирующая штанга.
2. Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет горловину и снабжен диффузором.
RU2023134352U 2023-12-21 Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси RU224045U1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU224045U1 true RU224045U1 (ru) 2024-03-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132019C1 (ru) * 1996-06-04 1999-06-20 Болдырев Анатолий Ильич Система подготовки жидкого топлива к сжиганию
RU2334914C1 (ru) * 2007-04-12 2008-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Установка для сжигания водоугольной суспензии
RU116969U1 (ru) * 2011-12-14 2012-06-10 Николай Ефимович Быков Горелочное устройство
RU2460014C1 (ru) * 2011-03-17 2012-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Протэн-К" Устройство для сжигания водоугольного топлива

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132019C1 (ru) * 1996-06-04 1999-06-20 Болдырев Анатолий Ильич Система подготовки жидкого топлива к сжиганию
RU2334914C1 (ru) * 2007-04-12 2008-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Установка для сжигания водоугольной суспензии
RU2460014C1 (ru) * 2011-03-17 2012-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Протэн-К" Устройство для сжигания водоугольного топлива
RU116969U1 (ru) * 2011-12-14 2012-06-10 Николай Ефимович Быков Горелочное устройство

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9926846B2 (en) Oxidizing fuel in multiple operating modes
CA2786642C (en) Process and burner for producing synthesis gas
CA3115358C (en) Method and reactor for producing one or more products
US4425159A (en) Method of using partial combustion burners
EA029582B1 (ru) Способ и система для генерирования синтез-газа
JPS5922991A (ja) 混合ガスの製造方法及び製造用バ−ナ
EP1996679A1 (en) A method of converting coal into fuels
KR101206490B1 (ko) 압축타입 내연엔진으로 구성된 플랜트에서의 합성가스제조방법
NO326777B1 (no) Fremgangsmate for fremstilling av faste karbonholdige materialer og hydrogenrike gasser
RU224045U1 (ru) Устройство горения масловодяной и угольно-водяной смеси
WO2015041555A1 (en) Process and installation for production of synthesis gas
WO2013095190A1 (ru) Многостадийный способ получения водородосодержащего газообразного топлива и теплогазогенераторная установка
US20050109010A1 (en) Pulse detonation power system and plant with fuel preconditioning
RU2361809C2 (ru) Способ получения синтез-газа и устройство для его осуществления
RU2233312C1 (ru) Способ получения синтез-газа из водоугольной суспензии
RU2615690C1 (ru) Установка для получения нагретых газов из углеродсодержащего материала
US3582296A (en) Gasifying process
JPH0270928A (ja) ガスタービン
WO2018134720A1 (en) Supercritical water generator and reactor
AU697947B2 (en) A stationary feed arrangement for use in a rotary fluid bed gasifier
US1228818A (en) Manufacturing of carbon monoxid and hydrogen.
RU2499952C2 (ru) Парогенератор и способ получения высокотемпературного водяного пара
KR20210053536A (ko) 과열증기 생성장치
RU126376U1 (ru) Газификатор для жидкостного ракетного двигателя открытой схемы
CN219385070U (zh) 粉煤气化用喷嘴及包含其的气化炉