RU2631851C2

RU2631851C2 - Unit for solid fuel power generation

Info

Publication number: RU2631851C2
Application number: RU2014142807A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Турышев; Павел Петрович Черненко
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2017-09-26
Also published as: RU2014142807A

Abstract

FIELD: electricity-producing industry.

SUBSTANCE: unit for solid fuel power generation comprises the solid carbon-containing fuels and/or wastes grinding unit, the means of gas flow heat energy into the electric energy conversion, the inlet of the means is linked to the combustion-chamber outlet, the first inlet of which is linked to the combustion in the chamber initialization unit outlet, and the second inlet is linked to the outlet of the supply means of the micro-nanocomposite mixture of the solid carbon-containing fuels and/or wastes with water grinding into the combustion chamber, the heat recovery boiler with the steam-generator unit and the pipy smoke exhauster installed within this boiler. Upon that, the outlet of the gas flow heat energy into the electric energy conversion is linked to the inlet of the heat recovery boiler, the outlet of which is linked to the smoke exhauster inlet, and the steam-generator outlet is linked to the inlet of the combustion initialization unit. The supply means of the micro-nanocomposite mixture of the solid carbon-containing fuels and/or wastes with water grinding into the combustion chamber is implemented in the form of the batch meter, which is configured to inject the mixture of the solid carbon-containing fuels and/or wastes with water grinding into the combustion chamber in the shape of the aerosol, and the last stage of the unit of the solid carbon-containing fuels and/or wastes grinding is designed as the cavitational disperser, the outlet of which is linked to the inlet of the storage of the micro-nanocomposite mixture of the solid carbon-containing fuels and/or wastes with water grinding, whereupon the combustion chamber is linked to the storage outlet through the batch meter. The means of the gas flow heat energy into the electric energy conversion is made in the form of the motor with the external heat supply, the hot chamber inlet of which is linked to the combustion-chamber outlet, the hot chamber outlet - to the heat-recovery boiler inlet, and the motor drive - to the electric power generator, which supplies the grinding unit and the electric user load.

EFFECT: invention allows to enhance reliability and unit operational efficiency.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам получения тепловой и электрической энергии путем сжигания твердого углеродсодержащего топлива, например угля, шлаковых отвалов теплоэлектростанций, работающих на угле, древесины и т.п. Это изобретение может быть использовано в стационарных и передвижных теплоэлектростанциях малой энергетики, а также в транспортных средствах, однако широкое применение в теплоэнергетике и на транспорте оно найдет после перевода их на твердое топливо, например уголь или шлаки, т.к. по себестоимости они вне конкуренции с другими видами топлива, включая нефть и газ.The present invention relates to the field of power engineering, in particular to devices for producing thermal and electric energy by burning solid carbon-containing fuel, for example coal, slag dumps of coal-fired power plants, wood, etc. This invention can be used in stationary and mobile small-scale power plants, as well as in vehicles, however, it will find wide application in the power system and transport after converting them to solid fuel, such as coal or slag, because at cost, they are out of competition with other fuels, including oil and gas.

Известно устройство для сжигания твердых органических отходов при повышенном давлении [патент РФ №2479792, 14.11.2011 г., 6 F02G 5/04], включающее камеру сгорания, соединенную на входе с источником воздуха высокого давления и блоком подачи горючего и на выходе соединенную с камерой дожигания, которая снабжена устройством для подачи воздуха высокого давления, камеру дожигания, заканчивающуюся звуковым соплом, размещенным в эжекторе, при этом центральное тело сопла имеет устройство для подачи воды под давлением в дозвуковую часть сопла, а эжектор по потоку газа соединен с газовой турбиной, выходом сообщающейся с атмосферой, и газовая турбина механически соединена с турбокомпрессором, вход которого соединен с атмосферой, а выход соединен с входом камеры сгорания и устройством для подачи воздуха высокого давления в камеру дожигания.A device for burning solid organic waste at high pressure [RF patent No. 2479792, 11/14/2011, 6 F02G 5/04], including a combustion chamber connected at the inlet to a high pressure air source and a fuel supply unit and at the outlet connected to the afterburner, which is equipped with a device for supplying high pressure air, the afterburner, ending with a sound nozzle placed in the ejector, the central body of the nozzle has a device for supplying pressurized water to the subsonic part of the nozzle, and the ejector along eye of gas connected to the gas turbine outlet communicating with the atmosphere, and the gas turbine is mechanically connected to the turbocharger, whose input is connected with the atmosphere, and an output connected to the input of the combustion chamber and a device for supplying high-pressure air into the afterburner chamber.

Это устройство позволяет сжигать твердые органические отходы при повышенном давлении в виде колец из прессованных отсортированных твердых органических отходов, которые собирают в блок, имеющий высоту, равную высоте зоны сгорания. Однако это устройство не позволяет перерабатывать сыпучие твердые углеродсодержащие отходы, например шлаковые отвалы теплоэлектростанций.This device allows you to burn solid organic waste at elevated pressure in the form of rings from pressed sorted solid organic waste, which are collected in a unit having a height equal to the height of the combustion zone. However, this device does not allow the processing of bulk solid carbonaceous wastes, such as slag dumps of thermal power plants.

Известно устройство - комбинированная парогазовая установка с плазмотермической газификацией угля [патент РФ №2105040, 1998 г., 6 C10J 3/20]. Данная установка включает блок помола угля, плазмотермический газификатор, котел-утилизатор тепла, две паровые турбины с парогенераторами и газотурбинную установку с компрессором.A device is known - a combined-cycle plant with plasma-thermal gasification of coal [RF patent No. 2105040, 1998, 6 C10J 3/20]. This installation includes a coal grinding unit, a plasma thermal gasifier, a heat recovery boiler, two steam turbines with steam generators and a gas turbine unit with a compressor.

В известном устройстве уголь ультратонкого помола сначала газифицируют с помощью плазменных источников и только затем уже после многоступенчатой очистки в виде синтез-газа впрыскивают в камеру сгорания газовой турбины. Указанные операции осуществляют последовательно друг за другом с помощью специальных агрегатов, что в конечном результате усложняет схему выработки электроэнергии и делает конструкцию весьма громоздкой и малоэффективной для нужд малой энергетики, в том числе и для транспорта. К тому же переработка угля сначала в синтез-газ, а затем в тепловую и электрическую энергию термодинамически неоправданна в силу необратимых потерь, в то время как при прямом сжигании мелкодисперсного угля в камере сгорания газовой турбины данные проблемы решаются гораздо проще.In the known device, ultrafine grinding coal is first gasified using plasma sources and only then, after multi-stage purification, in the form of synthesis gas, is injected into the combustion chamber of a gas turbine. These operations are carried out sequentially one after another with the help of special units, which in the end result complicates the power generation scheme and makes the design very cumbersome and ineffective for the needs of small energy, including transport. In addition, the processing of coal first into synthesis gas, and then into thermal and electric energy is thermodynamically unjustified due to irreversible losses, while with direct combustion of finely dispersed coal in a combustion chamber of a gas turbine, these problems are solved much easier.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является устройство для сжигания угля [патент РФ №2327889, 27.09.2006 г., 6 F02G 5/04]. Оно содержит блок для ультратонкого помола угля, газовую турбину с камерой сгорания, котел-утилизатор тепла и дымосос с трубой, Последняя ступень устройства ультратонкого помола угля, выполненная в виде тороидальной вихревой камеры с тангенциальными каналами для входа пылеугольной смеси, расположена в непосредственной близости от камеры сгорания и соединена с последней при помощи эжектора, а котел-утилизатор тепла расположен на выходе газовой турбины перед дымососом и внутри него установлен парогенератор. На камере сгорания газовой турбины установлен как минимум один плазменный источник на парах воды, гидравлически соединенный с парогенератором.The closest set of features to the claimed is a device for burning coal [RF patent No. 23237889, 09/27/2006, 6 F02G 5/04]. It contains a block for ultrafine grinding of coal, a gas turbine with a combustion chamber, a heat recovery boiler and a smoke exhaust with a pipe. The last stage of the apparatus of ultrafine grinding of coal, made in the form of a toroidal vortex chamber with tangential channels for entering the pulverized coal mixture, is located in the immediate vicinity of the chamber combustion and connected to the latter by means of an ejector, and a heat recovery boiler is located at the outlet of the gas turbine in front of the exhaust fan and a steam generator is installed inside it. At least one plasma source mounted on water vapor is hydraulically connected to a steam generator on the combustion chamber of the gas turbine.

В данном устройстве уголь ультратонкого помола вводят в камеру сгорания и инициируют процесс сгорания его. При этом тонину ультратонкого помола угля доводят до размера не более 10 мкм и сепарируют, а затем впрыскивают при помощи эжектора в камеру сгорания газовой турбины. Вышеуказанный размер помола и выделение мелкой фракции угля осуществляют с помощью центробежного поля внутри тороидальной вихревой камеры, которую располагают непосредственно перед камерой сгорания газовой турбины. Инициирование процесс сгорания пылеугольной смеси в камере сгорания газовой турбины осуществляют с помощью плазменного источника на парах воды, генерируемых за счет использования энтальпии выходящих газов.In this device, ultrafine coal is introduced into the combustion chamber and the combustion process is initiated. In this case, the fineness of the ultrafine grinding of coal is brought to a size of not more than 10 μm and separated, and then injected into the combustion chamber of a gas turbine using an ejector. The above grinding size and the allocation of a fine fraction of coal is carried out using a centrifugal field inside a toroidal vortex chamber, which is located directly in front of the combustion chamber of a gas turbine. The initiation of the process of combustion of the pulverized coal mixture in the combustion chamber of a gas turbine is carried out using a plasma source using water vapor generated by using the enthalpy of the exhaust gases.

При этом в данном устройстве эжектор выполняет функции средства подачи пылеугольной смеси (тонины помола угля) в камеру сгорания, а плазменный источник на парах воды, гидравлически соединенный с парогенератором, функции блока инициализации горения в ней.Moreover, in this device, the ejector serves as a means of supplying a pulverized-coal mixture (fineness of grinding coal) into the combustion chamber, and a plasma source based on water vapor hydraulically connected to the steam generator functions as a combustion initialization unit in it.

Однако практический опыт авторов изобретения показал, что при помоле частиц угля до 10 мкм и при использовании способа впрыска воздухом (газовый эжектор) происходит обгорание сопла эжекторов. Каналы эжекторов подвержены воздействию абразивных частиц угля и быстро изнашиваются, т.к. подача частиц в топку осуществляется воздухом. Содержащиеся абразивные частицы в угле будут истирать стенки торроидалной вихревой камеры. Это значительно снижает надежность работы установки в целом, межремонтную наработку ее и себестоимость вырабатываемой энергии.However, the practical experience of the inventors has shown that when grinding coal particles up to 10 μm and using the air injection method (gas ejector), the ejectors nozzle burns. The ejector channels are exposed to abrasive particles of coal and wear out quickly, because the particles are fed into the furnace by air. The abrasive particles contained in the coal will abrade the walls of the torroidal vortex chamber. This significantly reduces the reliability of the installation as a whole, the turnaround time and its cost of generated energy.

Кроме того, наличие в прототипе и аналогах требования предварительной сушки угля увеличивает энергозатраты и снижает экономическую эффективность процесса выработки энергии.In addition, the presence in the prototype and analogues of the requirements for preliminary drying of coal increases energy consumption and reduces the economic efficiency of the energy generation process.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности, эффективности работы ее за счет снижения износа деталей установки и снижения затрат на подготовку топлива.The technical result of the invention is to increase the reliability, its efficiency by reducing the wear of the installation parts and reduce the cost of preparing the fuel.

Заявленный результат достигается тем, что в известной установке для производства энергии на твердом топливе, включающей блок помола твердых углеродосодержащих топлив и/или отходов, средство преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию, вход которого соединен с выходом камеры сгорания, первый вход которой соединен с выходом блока инициализации горения в ней, а второй вход соединен с выходом средства подачи микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродосодержащих топлива и/или отходов с водой в камеру сгорания, котел-утилизатор тепла с установленным внутри него парогенератором и дымосос с трубой, при этом выход средства преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию соединен с входом котла-утилизатор тепла, выход которого соединен с входом дымососа, а выход парогенератора соединен с входом блока инициализации горения, дополнительно средство подачи микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой в камеру сгорания выполнено виде дозатора, выполненного с возможностью впрыскивания смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой в камеру сгорания виде аэрозоля, согласно изобретению последняя ступень блока помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов выполнена в виде кавитационного диспергатора, выход которого соединен с входом накопителя микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой, при этом камера сгорания через дозатор соединена с выходом накопителя.The claimed result is achieved by the fact that in the known installation for energy production on solid fuel, including a block for grinding solid carbonaceous fuels and / or waste, means for converting thermal energy of the gas stream into electrical energy, the input of which is connected to the output of the combustion chamber, the first input of which is connected to the output of the combustion initialization unit in it, and the second input is connected to the output of the means for feeding the micro-nanocomposite mixture of grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water into the chamber orania, a heat recovery boiler with a steam generator installed inside it and a smoke exhaust with a pipe, while the output of the means for converting heat energy of the gas stream into electrical energy is connected to the input of the heat recovery boiler, the output of which is connected to the input of the smoke exhaust, and the output of the steam generator is connected to the input of the unit initialization of combustion, in addition, the means for supplying a micro-nanocomposite mixture of grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water into the combustion chamber is made in the form of a dispenser, configured to injecting a mixture of grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water into the combustion chamber in the form of an aerosol, according to the invention, the last stage of the grinding block of solid carbon-containing fuel and / or waste is made in the form of a cavitation dispersant, the output of which is connected to the input of the drive of the micro-nanocomposite mixture of grinding solid carbon-containing fuel and / or waste water, while the combustion chamber through the dispenser is connected to the outlet of the drive.

При этом средство преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию выполнено в виде двигателя с внешним подводом тепла, вход горячей камеры которого соединен с выходом камеры сгорания, выход горячей камеры - с входом котла-утилизатора тепла, а привод двигателя - с электрогенератором, питающим нагрузку потребителя электрической энергии.The means of converting the heat energy of the gas stream into electrical energy is made in the form of an engine with an external heat supply, the input of the hot chamber of which is connected to the output of the combustion chamber, the output of the hot chamber with the input of the heat recovery boiler, and the engine drive with an electric generator supplying the load consumer of electrical energy.

При этом средство преобразования тепловой энергии капельной печи в электрическую энергию выполнено в виде двигателя с внешним подводом тепла, вход горячей камеры которого соединен с выходом капельной печи, выход горячей камеры с дымососом, а привод двигателя с электрогенератором, питающим блок помола и нагрузку потребителя электрической энергии.In this case, the means of converting the thermal energy of the drip furnace into electric energy is made in the form of an engine with an external heat supply, the input of the hot chamber of which is connected to the output of the drip furnace, the output of the hot chamber with a smoke exhaust, and the engine drive with an electric generator supplying the grinding unit and the load of the consumer of electric energy .

Выполнение средства подачи микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой в камеру сгорания в виде дозатора, а последней ступени блока помола твердых углеродосодержащих топлива и/или отходов в виде кавитационного диспергатора, выход которого соединен с входом накопителя микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой, позволяет снизить износ деталей блока помола, увеличить ресурс работы установки и снизить требования к процессу предварительной подготовки топлива.The implementation of the means of supplying a micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water into the combustion chamber in the form of a dispenser, and the last stage of the block for grinding solid carbon-containing fuel and / or waste in the form of a cavitation dispersant, the output of which is connected to the input of the micro-nanocomposite storage a mixture of grinding solid carbon-containing fuels and / or waste with water, allows to reduce wear of the parts of the grinding unit, increase the life of the installation and reduce the requirements for the preliminary process fuel preparation.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-4.The invention is illustrated by figures 1-4.

На фиг. 1 приведена общая блок схема установки.In FIG. 1 shows a general block installation diagram.

На фиг. 2 приведен вариант исполнения кавитационного диспергатора, являющегося последней ступенью блока помола.In FIG. 2 shows an embodiment of a cavitation dispersant, which is the last stage of the grinding unit.

Установка содержит бункер 1 подачи углеродосодержащих топлива и/или отходов в блок 2 помола, накопитель 3 микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродосодержащих топлива и/или отходов с водой, дозатор 4, камеру сгорания 5, средство 6 преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию, котел-утилизатор тепла 7, парогенератор 8, конденсатор пара 9, дымосос 10, блок нейтрализации газов 11 и дымовую трубу 12, блок 13 для сбора воды из конденсатора пара 9.The installation comprises a hopper 1 for supplying carbon-containing fuel and / or waste to the grinding unit 2, a storage device 3 for a micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water, a dispenser 4, a combustion chamber 5, means 6 for converting the heat energy of the gas stream into electrical energy , a heat recovery boiler 7, a steam generator 8, a steam condenser 9, a smoke exhauster 10, a gas neutralization unit 11 and a chimney 12, a unit 13 for collecting water from a steam condenser 9.

Блок помола 2 содержит шредер 14, выполняющий функции измельчителя грубого помола (не менее 1 мм) кусков углеродосодержащих топлива и/или отходов, например каменного угля, шлаковых отходов теплоэлетростанций и т.п., накопитель 15 и резервуар 16 с водой, из которого она подается в накопитель 15 для смешивания в нем с помолом из шредера 14, а также кавитационный диспергатор 17, например, в виде проточного ультразвукового кавитационного реактора. В блоке помола 2 сборка шредер 14, накопитель 15 и резервуар 16 выполняет функции первой ступени помола, а кавитационный диспергатор 17 функции второй - последней ступени блока 2 помола.The grinding unit 2 contains a shredder 14, which performs the functions of a coarse grinder (at least 1 mm) of pieces of carbon-containing fuel and / or waste, such as coal, slag waste from power plants, etc., a storage tank 15 and a tank 16 with water from which it fed into the drive 15 for mixing in it with grinding from the shredder 14, as well as the cavitation dispersant 17, for example, in the form of a flowing ultrasonic cavitation reactor. In the grinding unit 2, the assembly of the shredder 14, the drive 15 and the tank 16 performs the functions of the first grinding stage, and the cavitation dispersant 17 functions of the second - the last stage of the grinding block 2.

При этом выход 18 шредера 14 соединен с первым входом 19 накопителя 15, второй вход 20 которого соединен с выходом 21 резервуара 16 с водой, а выход 22 соединен с входом 23 кавитационного диспергатора 17.The output 18 of the shredder 14 is connected to the first input 19 of the drive 15, the second input 20 of which is connected to the output 21 of the tank 16 with water, and the output 22 is connected to the input 23 of the cavitation dispersant 17.

Кавитационный диспергатор 17 (см. фиг. 2.) содержит цилиндрическую рабочую камеру 24 в технологическом объеме 25, выполненном в виде сферы, а также входной 26 и выходной 27 сквозные каналы, впрессованные в цилиндрическую камеру 24 технологического объема 25 с соосным расположением их относительно друг друга и оси камеры 24. Цилиндрическая рабочая камера 24 выполняет функции резонатора, а технологический объем 25 - функции волновода ультразвуковых колебаний от ультразвуковых преобразователей УЗП. Поверхность сферы технологического объема 25 (волновода) выполнена в виде объемного многогранника, а нормали к его граням ориентированы в центр сферы реактора (в центр цилиндрической рабочей камеры 24). Ультразвуковые преобразователи УЗП закреплены на гранях технологического объема 25 (волновода) и равноудалены от центра сферы (центра цилиндрической рабочей камеры 24). Кавитационный диспергатор 17 содержит также насос 28, вход 29 которого через входной канал 23 соединен с выходом 22 накопителя 15, а выход 30 с входным сквозным каналом 26 технологического объема 25. Выходной сквозной канал 27 технологического объема 25 через краны 31, 32 соединен соответственно с выходами 33, 34 кавитационного диспергатора 17.The cavitation dispersant 17 (see Fig. 2.) contains a cylindrical working chamber 24 in the technological volume 25, made in the form of a sphere, and also inlet 26 and output 27 through channels, pressed into the cylindrical chamber 24 of the technological volume 25 with their coaxial arrangement relative to each other the other and the axis of the chamber 24. The cylindrical working chamber 24 performs the functions of a resonator, and the process volume 25 functions as a waveguide of ultrasonic vibrations from ultrasonic transducers of ultrasonic converters. The surface of the sphere of the technological volume 25 (waveguide) is made in the form of a volumetric polyhedron, and the normals to its faces are oriented to the center of the sphere of the reactor (to the center of the cylindrical working chamber 24). Ultrasonic transducers of ultrasonic testing are fixed on the faces of the technological volume 25 (waveguide) and are equidistant from the center of the sphere (center of the cylindrical working chamber 24). The cavitation dispersant 17 also contains a pump 28, the input 29 of which through the input channel 23 is connected to the output 22 of the drive 15, and the output 30 to the input through channel 26 of the technological volume 25. The output through channel 27 of the technological volume 25 through the taps 31, 32 is connected respectively to the outputs 33, 34 cavitation dispersant 17.

При этом выход 34 соединен с входом 35 накопителя 15, а выход 33 соединен с входом 36 накопителя 3 готовой к употреблению микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой.The output 34 is connected to the input 35 of the accumulator 15, and the output 33 is connected to the input 36 of the accumulator 3 of a ready-to-use micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuels and / or wastes with water.

Краны 31, 32 имеют соответственно входы 37, 38 управления ими, позволяющие управлять направлением подачи микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой из выходного канала 22. Переключение кранов 31, 32 позволяет направлять микро-нанокомпозитную смесь помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой либо на повторный помол с целью дальнейшего уменьшения размера частиц помола (при открытом кране 32 и закрытом кране 31), либо направлять ее в накопитель 3, если она готова к употреблению (при закрытом кране 32 и открытом кране 31).Cranes 31, 32 have respective inputs 37, 38 for controlling them, allowing you to control the direction of supply of the micro-nanocomposite mixture of grinding solid carbon-containing fuels and / or waste water from the outlet channel 22. Switching cranes 31, 32 allows you to direct the micro-nanocomposite mixture of grinding the solid carbon-containing fuel and / or waste water or for re-grinding in order to further reduce the size of the particles of grinding (with the open valve 32 and the closed valve 31), or send it to the drive 3, if it is ready for use (with indoor tap 32 and open tap 31).

Данный кавитационный диспергатор позволяет получать частицы помола в интервале от 40 нм до 0.7 мкм при высокой производительности обработки технологических сред в режиме непрерывного потока [см., например, «Проточный ультразвуковой кавитационный реактор», патент РФ №2446874, 2010 г., B01J 19/10, http://www.rusnanonet.ru/equipment/molot/].This cavitation dispersant makes it possible to obtain grinding particles in the range from 40 nm to 0.7 μm with high performance processing of process media in a continuous flow mode [see, for example, “Flowing ultrasonic cavitation reactor”, RF patent No. 2446874, 2010, B01J 19 / 10, http://www.rusnanonet.ru/equipment/molot/].

Накопитель 3 готовой к употреблению микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой выполнен в виде, например, стального бака объемом не менее 1000 литров.The drive 3 of the ready-to-use micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water is made in the form, for example, of a steel tank with a volume of at least 1000 liters.

Выход 39 накопителя 3 соединен с входом 40 дозатора 4 (см. фиг. 1), который содержит нагнетающий насос 41 и электрогидравлическую форсунку 42. При этом вход 43 насоса 41 соединен с входом 40 дозатора 4, а выход 44 - с вводом 45 подачи топлива в электрогидравлическую форсунку 42, выход 46 которой находится в камере 5 сгорания. На камере 5 установлен также плазмотрон 47 на парах воды, вход 48 подачи газа (паров воды) которого соединен с выходом парогенератора 8. Выход 49 плазмотрона 47 находится в камере 5.The output 39 of the drive 3 is connected to the inlet 40 of the dispenser 4 (see Fig. 1), which contains a pressure pump 41 and an electro-hydraulic nozzle 42. The inlet 43 of the pump 41 is connected to the inlet 40 of the dispenser 4, and the output 44 to the inlet 45 of the fuel supply in the electro-hydraulic nozzle 42, the output 46 of which is located in the combustion chamber 5. A plasma torch 47 is also installed on the chamber 5 on water vapor, the inlet of the gas (water vapor) 48 of which is connected to the output of the steam generator 8. The exit 49 of the plasma torch 47 is in the chamber 5.

Выход 50 камеры 5 сгорания соединен входом 51 средства 6 преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию, выполненного, например, виде комбинации газовой турбины 52 с электрогенератором 53 и двигателя 54 с внешним подводом тепла, имеющего механический привод к электрогенератору 55. Вход 56 газовой турбины 52 соединен с входом 51 средства 6, а выход 57 - с входом 58 горячей камеры 59 двигателя 54 (см. фиг. 1), выход 60 которой соединен с выходом 61 средства 6 и входом 62 котла-утилизатора 7. Холодная камера 63 двигателя 54 с внешним подводом тепла соединена с холодильником (на фиг. 1 не показан). Электрогидравлическая форсунка 42 имеет вход управления 64 процессом дозированного микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой камеру 5 сгорания.The output 50 of the combustion chamber 5 is connected to the input 51 of the means 6 for converting the heat energy of the gas stream into electrical energy, made, for example, in the form of a combination of a gas turbine 52 with an electric generator 53 and an engine 54 with an external heat supply having a mechanical drive to the electric generator 55. Input 56 of a gas turbine 52 is connected to the input 51 of the means 6, and the output 57 to the input 58 of the hot chamber 59 of the engine 54 (see Fig. 1), the output 60 of which is connected to the output 61 of the means 6 and the input 62 of the recovery boiler 7. Cold chamber 63 of the engine 54 with external supply t pla connected to the refrigerator (FIG. 1, not shown). The electro-hydraulic nozzle 42 has a control input 64 for the dosed micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuels and / or waste with water in the combustion chamber 5.

В бункере 1 находится углеродосодержащее топливо и/или отходы 63, например шлаковые отходы теплоэлектростанций или куски каменного угля.In the hopper 1 is carbon-containing fuel and / or waste 63, for example, slag waste from thermal power plants or pieces of coal.

В камере 5 рядом с выходом 46 электрогидравлической форсунки 42 имеются каналы 64 для эжекции воздуха в камеру 5 с целью интенсификации и поддержания процесса горения.In the chamber 5, near the outlet 46 of the electro-hydraulic nozzle 42, there are channels 64 for ejecting air into the chamber 5 in order to intensify and maintain the combustion process.

Выполнение средства 6 преобразования тепловой энергии газового потока в электрическую энергию в виде последовательно соединенных по газовому потоку газовой турбины 52 с электрогенератором 53 и двигателя 54 с внешним подводом тепла с электрогенератором 55 позволяет наиболее полно преобразовать тепловую энергию газового потока в электрическую, так как, например, коэффициент полезного действия газовой турбины (особенно газовой турбины малой мощности) составляет не более (40-50)%The implementation of the means 6 for converting the thermal energy of the gas stream into electrical energy in the form of a gas turbine 52 connected in series through the gas stream with an electric generator 53 and an engine 54 with an external heat supply with an electric generator 55 allows the most complete conversion of the thermal energy of the gas stream into electrical energy, since, for example, the efficiency of a gas turbine (especially a low-power gas turbine) is not more than (40-50)%

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Перед началом работы устройства в бункер 1 загружают углеродосодержащее топливо и/или отходы 63, например каменный уголь, резервуар 16 заполняют водой, а на входы 37 и 38 кранов 31 и 32 (см. фиг. 2) соответственно подают сигнал закрытия их и таким образом закрывают их.Before starting the operation of the device, carbon-containing fuel and / or waste 63, for example coal, is loaded into the hopper 1, the tank 16 is filled with water, and their closure signal is transmitted to the inlets 37 and 38 of the cranes 31 and 32 (see Fig. 2) and thus cover them up.

Затем углеродосодержащее топливо и/или отходы 63, например каменный уголь, из бункера 1 направляют в шредер 14, в котором он перемалывается до размера частиц не более 1.5 мм. С выхода 18 шредера 14 помол каменного угля через вход 19 передается в накопитель 15, в котором он смешивается с водой, поступающей через вход 20 в накопитель 15 с выхода 21 резервуара 16. Смешение производится в пропорции 60% объемных воды и 40% объемных помола каменного угля.Then, carbon-containing fuel and / or waste 63, for example coal, from the hopper 1 is sent to a shredder 14, in which it is ground to a particle size of not more than 1.5 mm. From the exit 18 of the shredder 14, the grinding of coal through the entrance 19 is transferred to the accumulator 15, in which it is mixed with water entering through the input 20 to the accumulator 15 from the outlet 21 of the reservoir 16. The mixing is carried out in a proportion of 60% of volumetric water and 40% of volumetric grinding of stone coal.

Далее на вход 38 крана 32 подают сигнал открытия и таким образом открывают его. Смесь воды и помола с выхода 22 накопителя 15 через вход 23 диспергатора 17 поступает на вход 29 насоса 28 (см. фиг. 2). Насос 28 через входной канал 26 подает смесь помола с водой в рабочую камеру 24 технологического объема 25 диспергатора 17. При выходе из канала 26 в расширяющийся объем рабочей камеры 24 технологического объема 25 вода смеси кавитирует с образованием газовых пузырьков в рабочей камере 24. При подаче напряжения на пьезоэлектрические элементы ультразвуковых преобразователей УЗП электрические колебания преобразуются в ультразвуковые колебания. На резонансной частоте колебаний, осуществляется передача энергии колебаний с наибольшей интенсивностью по нормали к стенкам рабочей камеры 24. Под воздействием ультразвуковых колебаний кавитационные пузырьки с силой схлопываются. Энергия схлопывания разрушает частицы грубого помола, находящиеся с непосредственной близости от пузырька, а смесь помола с водой, подаваемая с небольшим напором насосом 28 в рабочую камеру 24, подвергается гомогенизации и уменьшению размера частиц помола до величины не более 1 мкм. В выходном канале 27 путем отбора проб (отбор проб на фиг. 2 не показан) осуществляют контроль размера частиц помола.Next, the input 38 of the crane 32 serves the opening signal and thus open it. A mixture of water and grinding from the output 22 of the drive 15 through the inlet 23 of the dispersant 17 enters the inlet 29 of the pump 28 (see Fig. 2). The pump 28 through the inlet channel 26 delivers the mixture of grinding with water in the working chamber 24 of the technological volume 25 of the dispersant 17. When leaving the channel 26 in the expanding volume of the working chamber 24 of the technological volume 25, the mixture water cavitates with the formation of gas bubbles in the working chamber 24. When voltage is applied on the piezoelectric elements of ultrasonic converters of ultrasonic testing, electrical vibrations are converted into ultrasonic vibrations. At the resonant frequency of oscillations, the energy of vibrations is transmitted with the greatest intensity normal to the walls of the working chamber 24. Under the influence of ultrasonic vibrations, cavitation bubbles collapse with force. The energy of collapse destroys the coarse particles located in close proximity to the bubble, and the mixture of grinding with water supplied with a small pressure by pump 28 to the working chamber 24 undergoes homogenization and a decrease in the size of the grinding particles to a value of no more than 1 μm. In the outlet channel 27 by sampling (sampling in Fig. 2 is not shown) control the size of the grinding particles.

Если размер частиц помола не достиг величины меньше 1 мкм, то смесь воды и помола через открытый кран 32 с выхода 34 направляют на вход 35 накопителя 15. Таким образом смесь помола с водой возвращается в накопитель 15, а из него насосом 28 диспергатора 17 закачивается в рабочую камеру 24 технологического объема 25, где частицы помола снова подвергаются разрушению за счет энергия схлопывания газовых пузырьков в рабочей камере 24 и затем через кран 32 снова подаются в накопитель 15 и т.д.If the particle size of the grinding has not reached a value less than 1 μm, then the mixture of water and grinding through the open valve 32 from the outlet 34 is sent to the input 35 of the accumulator 15. Thus, the mixture of grinding with water is returned to the accumulator 15, and from it the pump 28 of the dispersant 17 is pumped into the working chamber 24 of the technological volume 25, where the grinding particles are again destroyed due to the energy of the collapse of gas bubbles in the working chamber 24 and then through the valve 32 are again fed into the drive 15, etc.

Если размер частиц помола достиг величины меньше 1 мкм, то на вход 38 крана 32 подают сигнал закрытия и таким образом закрывают его, а на вход 37 крана 31 подают сигнал открытия и таким образом открывают его. При этом смесь помола с водой с выхода 33 диспергатора 17 через вход 36 поступает в накопитель 3 готовой к употреблению микро-нанокомпозитной смеси помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой.If the particle size of the grinding has reached a value of less than 1 μm, then the input 38 of the valve 32 is supplied with a closing signal and thus close it, and the input 37 of the valve 31 is fed an opening signal and thus open it. In this case, the grinding mixture with water from the outlet 33 of the dispersant 17 through the inlet 36 enters the drive 3 of the ready-to-use micro-nanocomposite mixture for grinding solid carbon-containing fuels and / or wastes with water.

С выхода 39 накопителя 3 микро-нанокомпозитная смесь помола твердых углеродсодержащих топлива и/или отходов с водой поступает на вход 40 дозатора 4 (см. фиг. 1). При этом нагнетающий насос 41 закачивает микро-нанокомпозитную смесь помола с водой из накопителя 3 в электрогидравлическую форсунку 42 через выходной патрубок 44.From the exit 39 of the drive 3, the micro-nanocomposite mixture of grinding solid carbon-containing fuel and / or waste with water enters the inlet 40 of the dispenser 4 (see Fig. 1). In this case, the injection pump 41 pumps the micro-nanocomposite grinding mixture with water from the reservoir 3 into the electro-hydraulic nozzle 42 through the outlet pipe 44.

Затем в плазматрон 47 с выхода 48 парогенератора 8 подают перегретый водяной пар и зажигают плазматрон 47 и плазменный поток 49 паров воды направляют в камеру 5 сгорания, в которой при этом создается температура газов в интервале (1000-1300)°C.Then, overheated water vapor is supplied to the plasma torch 47 from the exit 48 of the steam generator 8 and the plasma torch 47 is ignited and the plasma stream 49 of the water vapor is directed into the combustion chamber 5, in which the gas temperature is created in the range (1000-1300) ° C.

Далее на вход 64 управления электрогидравлической форсунки 42 периодически подают сигнал, по которому с выхода 46 форсунки 42 в плазменный поток 49 в виде аэрозоля впрыскивается порция микро-нанокомпозитной смеси помола с водой. При этом также через каналы 64 в камеру 5 эжектируется порция воздуха.Next, a signal is periodically fed to the control input 64 of the electro-hydraulic nozzle 42, through which a portion of the micro-nanocomposite grinding mixture with water is injected into the plasma stream 49 from the output 46 of the nozzle 42. In this case, also through the channels 64, a portion of air is ejected into the chamber 5.

В процессе сжигания топлива вода испаряется, превращаясь при этом в перегретый пар. В присутствии углерода, а именно микро-наночастиц углеродсодержащих топлива - каменного угля, термически образуется смесь водорода H₂ с оксидом углерода CO по реакции

, т.е. синтез-газ. Этот газ при температуре в горелке камере 5 около 500-800°C сгорает с выделением тепла.In the process of burning fuel, water evaporates, turning into superheated steam. In the presence of carbon, namely micro-nanoparticles of carbon-containing fuel - coal, a mixture of hydrogen H ₂ with carbon monoxide CO is thermally formed by the reaction

, i.e. synthesis gas. This gas at a temperature in the burner chamber 5 about 500-800 ° C burns with the release of heat.

Далее высокоэнтальпийный поток газа с выхода 50 камеры 5 направляется на вход 51 средства 6 и через сопловый аппарат (аппарат на фиг. 1 не показан) на вход 56 газовой турбины 52, с выхода 57 которой поток газа через вход 58 в горячую камеру 59 двигателя 54 (см. фиг. 1) и далее через выход 60 на выход 61 средства 6. Затем через вход 62 поток газа поступает в котел-утилизатор тепла 7. В котле-утилизаторе тепла 7, проходя через теплообменники парогенератора 8, энтальпия газового потока понижается, и он, уже охлажденный, поступает в блок очистки 9. Из блока очистки 9 поток газа направляется в дымосос 10 и далее через блок нейтрализации 11 в дымовую трубу 12, из которой он выбрасывается уже в атмосферу. Вырабатываемый же в парогенераторе пар направляется в плазменный источник 6 и далее в камеру сгорания 3 газовой турбины 2. В средстве 6 электрогенераторы 53, 55 вырабатывают электроэнергию, которая передается потребителю.Next, the high-enthalpy gas flow from the outlet 50 of the chamber 5 is directed to the input 51 of the means 6 and through the nozzle apparatus (the apparatus of Fig. 1 is not shown) to the input 56 of the gas turbine 52, from the output of which 57 the gas flow through the inlet 58 into the hot chamber 59 of the engine 54 (see Fig. 1) and then through exit 60 to exit 61 of means 6. Then, through inlet 62, the gas flow enters the heat recovery boiler 7. In the heat recovery boiler 7, passing through the heat exchangers of the steam generator 8, the enthalpy of the gas stream decreases, and it, already cooled, enters the cleaning unit 9. From the cleaning unit 9 sweat ok gas is sent to the smoke exhauster 10 and then through the neutralization unit 11 into the chimney 12, from which it is already emitted into the atmosphere. The steam generated in the steam generator is sent to the plasma source 6 and then to the combustion chamber 3 of the gas turbine 2. In the means 6, the electric generators 53, 55 generate electricity that is transmitted to the consumer.

Следует отметить, что многие узлы, присущие обычной газовой турбине 52 и двигателю 54 с внешним подводом тепла (например, двигателю Стерлинга), на чертежах показаны условно или не показаны и не описаны вообще, т.к. они не влияют на сущность заявляемого решения и могут быть выполнены традиционно.It should be noted that many of the components inherent in a conventional gas turbine 52 and an engine 54 with an external heat supply (for example, a Sterling engine) are shown conditionally or not shown in the drawings and are not described at all, because they do not affect the essence of the proposed solution and can be performed traditionally.

Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что использование микро-нанокомпозитной смеси помола с водой существенно снижает все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую эффективность в сочетании с низкой себестоимостью.An advantage of the claimed invention is that the use of a micro-nanocomposite mixture of grinding with water significantly reduces all types of costs, including operating costs, while ensuring high efficiency in combination with low cost.

Claims

1. Installation for the production of energy on solid fuel, including a block for grinding solid carbon-containing fuels, consisting of a coarse grinder and the last stage, means for converting thermal energy of the gas stream into electrical energy, the input of which is connected to the output of the combustion chamber, the first input of which is connected to the output the combustion initialization unit in it, and the second input is connected to the output of the means for supplying the mixture of grinding solid carbon-containing fuel with water into the combustion chamber, the heat recovery boiler with a steam generator and a smoke exhaust inside it, and the steam generator output is connected to the input of the combustion initialization unit, characterized in that the last stage of the solid carbon-containing fuel milling unit is made in the form of a cavitation dispersant, which makes it possible to obtain a micro-nanocomposite mixture, the output of which is connected to the input of the micro-nanocomposite storage a mixture connected to a means for supplying a micro-nanocomposite mixture to a combustion chamber, which is made in the form of a dispenser configured to inject the mixture grinding into the combustion chamber in the form of an aerosol.

2. Installation for the production of energy on solid fuel according to claim 1, characterized in that it contains an engine with an external heat supply, the input of the hot chamber of which is connected to the output of the means for converting thermal energy of the gas stream into electrical energy, the output of the hot chamber with the input of the boiler heat recovery unit, and the engine drive with an electric generator supplying the load of the consumer of electric energy.