WO2021145799A1 - Прямоточный парогенератор, плазменная система и способ генерации пара - Google Patents

Прямоточный парогенератор, плазменная система и способ генерации пара Download PDF

Info

Publication number
WO2021145799A1
WO2021145799A1 PCT/RU2021/050066 RU2021050066W WO2021145799A1 WO 2021145799 A1 WO2021145799 A1 WO 2021145799A1 RU 2021050066 W RU2021050066 W RU 2021050066W WO 2021145799 A1 WO2021145799 A1 WO 2021145799A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
water
steam generator
section
plasmatron
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Владимирович Тверской
Владимир Семенович Тверской
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазариум"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазариум" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазариум"
Publication of WO2021145799A1 publication Critical patent/WO2021145799A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Definitions

  • the invention relates to a plasma system with a steam plasmatron and a once-through steam generator for preparing a plasma-forming medium for use in said plasmatron.
  • the invention relates to the direct-flow steam generator itself and to a method for generating superheated steam therein.
  • Plasma systems with a plasmatron operating on steam as a plasma-forming medium and a once-through steam generator are widely known and are used for plasma-thermal and plasma-chemical treatment of materials.
  • Such material processing can be, for example, plasma gasification of biomass, plasma-thermal neutralization of hazardous waste and destruction of biomedical waste, and disposal of other man-made waste, as well as other types of processing that require the use of high-temperature chemical active technological media using a steam-water plasma flow.
  • the main components of such plasma systems are the plasmatron, the steam generator and the means for supplying them with electrical energy and the medium necessary for the operation of the plasmatron - gas for the initial start-up of the plasmatron and water as the main plasma-forming medium.
  • Another important condition for the stable operation of the plasmatron is the prevention of pulsations of the steam flow rate at the inlet to the plasmatron.
  • the preparation of water vapor is carried out in a once-through steam generator, at the outlet of which a damper is located.
  • the specified plasma system includes a plasmatron, a direct-flow steam generator, systems for supplying electric energy to the plasmatron and a steam generator, a supply system auxiliary starting non-condensable gas, water supply system and plasma torch cooling system.
  • the steam generator has an electrically heated steam generating tube, which is made in the form of a coil.
  • the coil has a variable cross-section and passes water, which, as it moves along the coil, heats up, evaporates and overheats to temperatures above 200 degrees Celsius.
  • pulsations of pressure and volume occur, which must be extinguished by a damper located at the outlet of the coil.
  • a damper located at the outlet of the coil.
  • control valve at the outlet opens and the hot steam is directed to the plasmatron, which was preheated by the flow of heated start-up gas from a separate heater, which supplied the heated start-up gas to the plasmatron at the initial stage, and due to its operation on the start-up gas.
  • the temperature of the gas discharged by the preheater is lower than the temperature of the superheated steam supplied to the plasma torch, so that when the relatively cold gas and superheated water vapor are mixed, the steam will inevitably cool with possible condensation in the plasma torch. This will lead to the appearance of condensation and electrical pulsations in the plasmatron, which, in turn, will disrupt the stability of the plasmatron and reduce its service life.
  • Another problem with the known plasma system is a damper for damping hydrodynamic pulsations, located at the outlet of the coil, that is, after receiving superheated steam.
  • the specified damper requires an initial warm-up to prevent the superheated steam from cooling in it.
  • the specified heating is carried out due to the superheated steam obtained in the coil, so that the steam generator initially works only to heat a damper with a sufficiently large volume. This results in significant energy consumption during start-up, which adds up to the stated energy consumption from the starting gas preheater.
  • the damper has a sufficiently large volume, which leads not only to the indicated high energy consumption for its heating, but also to a pressure loss in the superheated steam entering it and thereby to insufficient tangential velocity of the steam entering the plasmatron, which affects the quality of the vortex stabilization of the electric arc, reliability and stability of the plasmatron operation.
  • the heating of the coil for heating the water flowing in it is provided by supplying electricity to it, so that the entire coil heats up substantially the same.
  • hydrodynamic pulsations in a steam generating tube are also considered as the indicated pulsations. They arise when the so-called boiling crisis, when during the movement of water through the tube, the central stream of water is surrounded by a stream of steam, the amount of which is continuously increasing. Flowing out through the gap between the water and the pipe wall at a significantly higher speed than water, the steam pulls the water along by friction forces. At some point in time, a part of the water flow, commensurate with the diameter of the tube channel, breaks off and moves with the steam in the form of a liquid "slug", continuing to heat up additionally.
  • the known coil does not allow for compensation of the volume and pressure of water / steam as the steam-water mixture moves through it, since this function is provided exclusively by the specified damper.
  • the temperatures (heat) required to convert water to dry saturated steam and dry saturated steam to superheated steam are different.
  • this aspect is not taken into account in the known solutions, so that the coils are heated uniformly along their entire length, which is ineffective, primarily in terms of energy consumption, and does not allow optimal temperature setting and control of the entire steam generator.
  • the invention is based on the task of eliminating or at least reducing the above disadvantages and ensuring a more effective elimination of pulsations and condensations, as well as better process control when generating superheated steam in the steam generator and its input into the plasmatron.
  • the structural separation of the indicated sections of the coil makes it possible to simply implement the electrical isolation of these sections, so that each section can be supplied with the energy necessary for heating independently of other sections, as a result of which the parameters of the medium flowing through the corresponding section (water or non-condensable gas, water vapor mixture , dry saturated steam) to better adapt to the conditions required on the site without unnecessary energy consumption and / or insufficient energy supply in other areas.
  • the parameters of the medium flowing through the corresponding section water or non-condensable gas, water vapor mixture , dry saturated steam
  • this problem is solved by the fact that in a co-current steam generator for a plasma system containing an inlet for supplying it with a non-condensable gas necessary for the initial start-up and heating of the plasma torch, and water required to obtain superheated steam for use as a plasma-forming of the plasmatron environment, outlet for connecting to the plasma torch of the plasma system and supplying it with non-condensable gas and / or water in the form of superheated steam, a steam generating pipe in the form of a coil connecting the inlet and outlet for passing the specified gas and / or water from the inlet to the outlet, and the steam generating the pipe is made with the possibility of electrical heating and transfer of heat to the passed gas and / or water, and damping means for damping pulsations occurring in the steam generating pipe, it is provided that the steam generating pipe has a heating section for primary heating of water, an evaporation section for transferring the initial heat of this water into dry saturated steam and
  • Structural division of the steam-generating pipe into separate functionally different sections makes it possible to provide them with independent power supply, so that their heating and control by it can be effectively coordinated with the required parameters of the flowing medium and the type of flowing medium.
  • the adopted arrangement of the dampers allows for a more efficient damping or prevention of pulsations, essentially at the point of their origin, than in the case of their propagation throughout the steam generating pipe and extinguishing only after being discharged from the steam generating pipe, as in the prior art.
  • dampers upstream of the overheating section excludes the passage of the prepared superheated steam through the damper, in which this steam would lose its pressure, which, on the one hand, could lead to a deterioration in the stabilization of the arc in the plasmatron, and, on the other hand, would create preconditions for condensation in the steam.
  • the superheated steam from the steam generating pipe, respectively, of the overheating section of this steam generating pipe directly (that is, without a damper) enters the plasmatron while maintaining its state obtained in the overheating section.
  • the steam generator may have not one steam generating pipe, but two or more steam generating pipes, which are identical. Accordingly, when a steam generating pipe is mentioned, it can be a question of one or several equally made steam generating pipes. Accordingly, each of the mentioned sections of the steam generating pipe can also consist of several separate sections, which are combined by a common function (heating, evaporation or superheating) and can also be separated by intermediate dampers.
  • At least one of sections of the steam-generating pipe is made with a cross-section of the passage opening increasing along its length.
  • the specified section itself forms a kind of additional damper / means for damping the pulsations arising from the movement of water, respectively, steam along it.
  • the increase in cross-section can be smooth or stepped and is preferably present in all of the indicated sections of the steam generating pipe.
  • the second damper is made in the form of a container filled with heat storage elements (for example, in the form of a ball, cylinder, sleeve or other shape), the free space between which splits the continuous incoming flow of dry steam into many streams.
  • heat storage elements for example, in the form of a ball, cylinder, sleeve or other shape
  • the second damper can be made in the form of a once-through cyclone, the main element of which is a cylindrical container, inside of which the damping is carried out as a result of the vortex motion of dry saturated steam.
  • Dry steam is supplied to the damper through a branch pipe in the lower part of the housing, the discharge of dry steam into the superheating section is carried out through a branch pipe in the upper part of the damper.
  • the vortex motion is imparted to the steam flow by means of its tangential introduction inside the damper.
  • the damper dampens flow pulsations due to centrifugal forces.
  • the second damper can be in the form of a reciprocating cyclone, the main elements of which are a housing, an exhaust pipe and a hopper. Dry steam enters the upper part of the housing, for example through the inlet, tangentially or at an angle, so that a centrifugal component in the flow of the introduced steam is ensured.
  • the damping of pulsations occurs under the action of centrifugal force arising from the movement of steam between the casing and the exhaust pipe immersed in the cavity of the casing.
  • cyclone single cyclone
  • group cyclone group cyclone
  • the direction of rotation of the steam flow in the cyclone is selected from the conditions of the arrangement of the cyclone, as well as the location of the cyclones in the group.
  • the cyclone hopper has a conical shape for the convenience of turning the steam flow towards the exhaust pipe.
  • the free volume of the second damper, made in the form of a cyclone, can simultaneously perform the function of compensating for the volume of steam.
  • the implementation of the second damper in the form of a reciprocating cyclone is preferable, since, in addition to the damping function and the function of a vapor volume compensator, it is capable of performing the function of a separator for separating steam from liquid, possibly still present in saturated steam, by creating a centrifugal force field in the flow entering the cyclone.
  • This makes it possible to more efficiently separate the droplet phase / condensate from the steam and thereby further reduce pulsations, which can be caused by explosive boiling of the droplet phase / condensate in the overheating section.
  • this makes it possible to avoid the penetration of condensate beyond the overheating section and its direct entry into the plasma torch.
  • the introduction of the steam flow into the return-flow cyclone can be carried out, preferably, tangentially, so that the flow initially acquires a rotational motion and descends helically along the inner walls of the cylindrical and conical parts of the cyclone.
  • the incoming flow in the force centrifugal vortex field undergoes separation, and the condensed phase is separated from the dry saturated steam.
  • dry saturated vapor prevails in the axial zone of the cyclone, and on the periphery - on the wall of the cyclone / chamber of the volume compensator, precipitated water droplets form a liquid film.
  • the rotating steam flow freed from condensate, moves from bottom to top and through a pipe located along the cyclone axis, enters the overheating section, and then enters the plasmatron through the steam line as the main plasma-forming medium.
  • the collected condensate can be discharged from the separator through a condensate outlet in the conical parts of the cyclone.
  • the preferred use of the separator in the form of a cyclone makes it possible to a large extent, preferably almost completely, to exclude the transfer of water from the evaporation section to the superheating section.
  • the collection and removal of condensate from the separator can be carried out in different ways.
  • the condensate for example, into a condensate collector, and with a relatively high steam capacity, it may be preferable to drain the condensate into the feed water tank of the steam generator or return water to the inlet of the evaporation section.
  • the first damper can preferably be made in the form of a heated vortex nozzle for imparting rotary motion to the liquid flow and preferably additional heating and evaporation of the liquid in the vortex flow to obtain a water vapor mixture with high degree of steam dryness. Due to the arising pressure gradient in the layers approaching the axis of the vortex, conditions are created for the liquid to overheat relative to the local saturation pressure of the liquid and the emergence - in this damper and the subsequent, preferably directly adjacent evaporation section - of a vapor phase.
  • the centrifugal forces arising in the vortex lead to the separation of the two-phase flow, separating the liquid phase and the vapor, displacing the vapor to the axis of the vortex.
  • the water-vapor mixture flowing out of the nozzle of the nozzle consists of two layers: a liquid peripheral layer in the form of an annular film and a steam core.
  • the heated vortex nozzle giving the stream may be the initial part of the evaporation section of the steam generating tube, and may itself be an evaporator or pre-evaporator in front of the evaporation section.
  • the steam collector in this case will be an additional damper between the said first damper in the form of a heated vortex nozzle and the evaporation section.
  • such a damper in the form of a heated vortex nozzle can be made in one piece with the evaporation section, so that it forms the inlet section of the said evaporation section.
  • the evaporation section can be configured to be powered with or independently of the vortex nozzle. In this way, the amount of moisture in the steam before it enters the superheating section can be at least significantly reduced. Accordingly, conditions are created for obtaining a drier vapor in the evaporation section and the risk of pulsations caused by the explosive water-vapor transition, in particular, in the plasmatron itself, is even better eliminated.
  • the damper within the scope of the invention can be an active means of suppressing conditions for the onset and / or development of pulsations.
  • the mixer can be configured as a two-component gas-liquid nozzle.
  • the nozzle consists of an external and an internal circuit. Both circuits operate independently of each other, thereby achieving controllability of the process of reducing the gas flow rate to zero and increasing the water flow rate to the required value when the plasma torch is started.
  • the mixer can also be designed as an ejector mixer or otherwise.
  • the task is solved using a plasma system containing a plasmatron, a plasma torch cooling system, which includes a cooling medium circulation circuit, a once-through steam generator connected to the plasmatron, a steam generator power supply system, a non-condensable gas supply means for initial start-up and heating of the plasmatron, water supply means for supplying water used as a plasma-forming medium, characterized in that the above-described steam generator is used, in which the inlet is connected to the non-condensable gas supply means and at the same time to the water supply means, and the outlet is connected to the plasmatron, and the steam generator power supply system through individual electrical connection is connected to sections of the steam generating pipe for their independent supply of electricity.
  • the water supply means includes a water tank that has an inlet for supplying water and an outlet for dispensing water to the inlet of the steam generator.
  • a mixer configured to independently supply start gas and water may not be located in the steam generator, respectively, at its inlet, and separately from the steam generator and connected to it through a separate pipeline.
  • the problem is solved using the method of generating superheated steam, which is carried out using the above-described direct-flow steam generator of the above-described plasma system, in which water is heated as it passes through the sections of the steam generating pipe, so that it successively undergoes primary heating, evaporation to obtain a dry saturated steam and superheating of the obtained dry saturated steam with obtaining superheated steam, which is fed into the plasmatron, and the sections of the steam generating pipe for primary heating, evaporation and superheating are electrically heated independently of each other, and pulsations arising during heating and evaporation of water are quenched with the help of dampers located between areas for primary heating and for evaporation, as well as between areas for evaporation and for superheating.
  • the essence of the method lies in the use of individually heated individual sections of a steam-generating pipe made in the form of a coil in combination with dampers located between them to form a completely new flow regime, in which, at relatively low speeds characteristic of the slug mode, the flow is given a rotational motion and the resulting centrifugal forces are used to separate the liquid and vapor phases of the flow in the coil and thereby prevent the slug flow regime, and these dampers are an integral part for the formation of the specified flow flow regime by supporting the rotational flow of the flow and providing damping of pulsations essentially in the place of their occurrence without their further transmission along the entire steam-generating pipe from one section to another.
  • the water is preheated before entering the steam generator by means of heat taken from the plasma torch cooling system.
  • the sections of the steam generating tube for primary heating, evaporation and superheating are electrically heated independently of each other and maintain the temperature of the water leaving the the preheating section, preferably 0-20 ° C below the boiling point, the temperature of the water vapor stream at the outlet from the first damper is maintained not lower than the boiling point, the temperature at the outlet from the evaporation section and the inlet to the second damper is maintained at 50-120 ° C above the boiling point , the steam temperature at the outlet from the overheating section and at the inlet to the plasmatron is maintained at 250-400 ° C.
  • the steam generator before supplying the water to be heated, the steam generator is heated by supplying electricity to the steam generating pipe while passing non-condensable gas through it, which is then fed to the plasmatron to start and warm it up.
  • the water to be heated is supplied to the steam generator through the same inlet through which the non-condensable gas is supplied, so that the proportion of water is gradually increased and the proportion of gas is proportionally reduced until the gas supply is completely interrupted.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an example of a plasma system according to the invention with a once-through steam generator.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a plasma system according to the invention, which includes, in particular, a plasmatron 1 with a power source 2 and an electric arc ignition system 3 (oscillator), a plasmatron cooling system 4 including a cooling medium circulation circuit, once-through steam generator 5 connected to the plasmatron, power supply system 6 of the steam generator, means 7 for supplying non-condensable gas for initial start-up and heating of the plasmatron, means 8 for supplying water for supplying water used as a plasma-forming medium.
  • a plasmatron 1 with a power source 2 and an electric arc ignition system 3 (oscillator) a plasmatron cooling system 4 including a cooling medium circulation circuit
  • once-through steam generator 5 connected to the plasmatron
  • power supply system 6 of the steam generator means 7 for supplying non-condensable gas for initial start-up and heating of the plasmatron
  • means 8 for supplying water for supplying water used as a plasma-forming medium.
  • the continuous-flow steam generator according to the invention has an inlet 13 to which both said gas and said water can be supplied from the means for supplying water and non-condensable gas, and an outlet 14, which is connected to the plasmatron.
  • the steam generator in this case has one steam generating pipe connecting the inlet and outlet of the steam generator.
  • two or more such pipes can be provided.
  • the inlet and / or outlet of the steam generator can be formed by a common inlet / outlet and / or several separate inlets / outlets. So, for example, each steam generating the pipe can be matched to its separate inlet and outlet.
  • the steam generating tube is made in the form of a coil and is divided into several separate sections, namely a heating section 15, an evaporation section 16 and a superheating section 17.
  • a first damper 18 is included, which provides damping of pulsations arising in the water heating section 15 and occurring in the evaporation section 16 when the water boils.
  • the specified damper 18 can preferably be made in the form of a heated vortex nozzle for imparting rotational motion to the fluid flow and its subsequent evaporation in the vortex flow. The creation of such a vortex flow allows at the beginning of the evaporation section 16 to obtain the formation of a vapor phase inside the superheated liquid, which does not allow a pulsating boiling mode in the evaporation section 16.
  • the damper 18 not only dampens the pulsations that have arisen in the heating section 15, but also at least significantly reduces their occurrence in the subsequent evaporation section 16.
  • a design of the damper 18 can be used to ensure the evaporation of water, so that such a damper can be used as a pre-evaporator, whereby the above-described advantages can be achieved to an even greater extent.
  • the damper 18 can be made simply in the form of a section filled with a heat-conducting porous structure, in the pores of which boiling occurs, or in any other form that provides elimination / reduction of pulsations caused by heating in the heating section and boiling of water at the beginning of the evaporation section 16.
  • a second damper 19 is located between the evaporation section 16 and the superheating section 17, which dampens the pulsations resulting from the water-steam phase transition.
  • the specified damper 19 can be made in the form of a simple smoothly or stepwise expanding section, which, for example, for the formation of a rotational flow of the flow, can also be made in the form of a cyclone, or in any other form suitable for damping pulsations arising from the phase transition of water-steam that occurred in the evaporation section 16.
  • a separator 20 is also provided, which is located between the second damper 19 and the superheat section 17, but can also be combined with the second damper 19.
  • the separator serves to separate the droplet phase or condensate from the vapor stream obtained in the evaporation section 16.
  • Said separator is preferably in the form of a cyclone, in particular a reciprocating cyclone.
  • the free volume of such a separator 20 is at the same time a volume compensator steam and damper. The latter indicates the preferability of combining this separator 20 and damper 19.
  • the flow into the cyclone can be entered through a tangential branch pipe, which ensures swirling of the introduced flow and its helical movement along the inner walls of the cyclone.
  • the flow Due to the vortex movement of the flow in the cyclone, the flow is divided into dry saturated steam (in the center of the flow) and a condensed phase (at the periphery of the flow), which is deposited on the walls of the cyclone.
  • the central flow of dry steam is directed further to the superheating section, and the separated condensate can be continuously or intermittently withdrawn from the separator into a separate collector (not shown) or directed again to the inlet of the evaporation section 16, as shown in FIG. 1.
  • At least one of said sections 15, 16, 17 of the steam generating tube is made with a slightly increasing (gradually or stepwise) cross-section of the passage opening. This compensates for the increasing volume as a result of water heating and a water-steam phase transition, so that at least one of the sections of the steam generating tube performs a damping function with respect to pulsations in the place of their direct occurrence.
  • Each section 15, 16, 17 is configured to be electrically heated, wherein the heating section 15, the evaporation section 16 and the overheating section 17 are individually electrically connected by means of current leads 37, 38, 39 for an independent supply of electricity from the respective sources 21, 22, 23.
  • the first damper 18 here has an electrical connection in common with the evaporation section 16, but it is also possible to have its own electrical connection for the first damper 18.
  • the second damper 19, respectively 19/20 here has an electrical connection in common with the evaporation section 16, but it is also possible that it had a common electrical connection with an overheating section 17. Power sources for supplying these areas with electricity can be part of the steam generator or be made separately from it.
  • the non-condensable gas supply means 7 includes a gas supply means, for example a compressor 24 or a receiver, a gas flow regulator 25 and a shut-off means 26 (preferably a check valve).
  • a gas supply means for example a compressor 24 or a receiver
  • a gas flow regulator 25 for example a compressor 24 or a receiver
  • a shut-off means 26 preferably a check valve
  • the water supply means 8 for example, includes a container 9 with water replenished through an inlet 11, a pump 10 for pumping water from the container 9 to a steam generator, a water flow regulator 27 and a locking means 28 (preferably a check valve).
  • the shut-off means 26, 28 are in fluid communication with a guide means 29 which directs the flows of non-condensable start gas and water to the heating section 15 of the steam generator.
  • Said means 29 can be located in front of the inlet 13 to the steam generator or in the inlet 13 itself, in particular to form it.
  • the guide means 29 can advantageously be made in the form of a mixer capable of independently supplying starting gas and water.
  • the specified mixer can be made, for example, in the form of a gas-liquid nozzle, which includes an external and an internal circuit. Both circuits can operate independently of each other, thereby achieving controllability of the process of reducing the gas flow rate to zero and increasing the water flow rate to the required value.
  • the specified mixer can be made in the form of an ejector mixer or otherwise suitable.
  • the cooling system 4 of the plasmatron 1 and the power source 2 of the plasmatron includes a cooling medium circulation circuit.
  • the cooling system itself is not the subject of the invention, so it is not described in more detail here.
  • a heat exchanger 30 is also provided which provides heat exchange between the cooling medium from the cooling medium circuit and the water supplied to the steam generator.
  • the heat exchanger 30 in the example shown is connected to an additional circuit, through which water circulates between the tank 9 and the heat exchanger, for which a circulation pump 31 is provided in the circuit. This allows the water heating to start already at the moment of the initial start-up of the plasmatron, when it is still running on starting gas and water is not yet supplied to the steam generator.
  • a power supply system 34 for consumers of electrical energy and a control system 33 are provided for remotely controlling the functions of the components of the plasma system and displaying the parameters necessary to control the working processes in them.
  • the power supply and control systems themselves are not the subject of the invention, so they are not described in more detail here.
  • non-condensable starting gas is supplied through means 24, 25, 26 to the inlet 13 of the steam generator.
  • the specified gas enters the steam generating pipe and successively passes through separately electrically heated sections 15, 16, 17 of the steam generating pipe, heats up to the required temperature and enters the plasmatron, providing the initial start of the plasmatron and its proper heating.
  • the water supply to the steam generator is turned on to create superheated steam, which will be used as the main plasma-forming medium in the plasmatron.
  • the plasma torch cooling system 4 can already be started, so that the feed water can be warmed up already before being fed to the steam generator.
  • the water passes through the guide means 29 where the water and start-up gas flows are regulated so that the amount of water gradually increases and the amount of gas decreases gradually.
  • water and starting gas are supplied simultaneously to the steam generator through the same inlet 13.
  • the water enters the heating section 15 of the coil-shaped steam generating pipe, where it is heated, preferably to a temperature of 0-20 ° C below the boiling point.
  • the water heated to a temperature close to the boiling point enters the first damper 18, which in the example under consideration is made in the form of a heated vortex nozzle to impart rotary motion to the liquid flow and in this case also to evaporate the liquid in the vortex flow. Due to the arising pressure gradient in the layers approaching the axis of the vortex, overheating of the liquid is formed relative to the local saturation pressure of the liquid and the appearance of a vapor phase. The centrifugal forces arising in the vortex lead to the separation of the two-phase flow, separating the liquid phase and the vapor, displacing the vapor to the axis of the vortex.
  • the water-vapor mixture flowing out of the nozzle of the nozzle consists of two layers: a liquid peripheral layer in the form of an annular film and a steam core.
  • This process continues in the subsequent evaporation section 16, in which substantially complete evaporation occurs to obtain dry saturated steam and, preferably, the steam is superheated by 50-120 ° C. above the boiling point.
  • the pulsation mode of boiling is prevented due to a physical mechanism of vaporization different from in the known solutions, namely, due to the formation of a vapor phase inside a liquid superheated with respect to the local saturation pressure.
  • this superheated steam enters the second damper 19, respectively 19/20, which here is made in the form of a reciprocating cyclone, the main elements of which are the body, the exhaust pipe and the hopper.
  • Dry steam preferably superheated with respect to the saturation temperature, enters the upper part of the body through an inlet pipe welded to the body tangentially. Damping of pulsations occurs under the action of centrifugal force arising from the movement of steam between the body and the exhaust pipe immersed in the cavity of the body.
  • the steam volume can be compensated simultaneously.
  • the second damper 19 performs the function of a separator 20 to remove the possibly still present droplet phase from the steam flow obtained in the evaporation section by creating a centrifugal force field in the incoming flow.
  • the introduction of the steam flow into the return-flow cyclone is carried out through the tangential branch pipe, so that the flow initially acquires a rotational motion and descends helically along the inner walls of the cylindrical and conical parts of the cyclone.
  • the incoming flow in the force centrifugal vortex field is subjected to separation and the condensed phase is separated from the dry saturated steam.
  • dry saturated vapor prevails in the axial zone of the cyclone, and on the periphery - on the wall of the cyclone / chamber of the volume compensator, precipitated water droplets form a liquid film.
  • the collected condensate can be discharged from the separator through a condensate outlet in the conical parts of the cyclone.
  • a separator in the form of a cyclone makes it possible to completely eliminate the transfer of water from the evaporation section 16 to the superheating section 17.
  • the collection and removal of condensate from the separator 20 can be carried out by periodically draining the condensate, for example, into a condensate collector.
  • the rotating steam flow moves from bottom to top and through a pipe located along the axis of the cyclone enters the overheating section 17.
  • the temperature of the steam at the outlet from the overheating section 17 and at the inlet to the plasmatron 1 is maintained at 250-400 ° C.
  • the superheated steam through the steam line 35 enters the plasmatron as the main plasma-forming medium, preferably at a temperature of 350 ° C.
  • electrical isolation 36 is provided between outlet 14 and steam line 35.
  • the feed water consumption must be in equilibrium with the value of the steam production and correspond to the electric power of the steam plasmatron. Therefore, the water supply is automatically regulated so as to maintain the water flow in accordance with the power of the steam plasma torch, and to regulate the parameters of the heating, evaporation and overheating sections, a separate heating scheme is used with the use of independent current sources with the possibility of automatic control.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области плазмотермической и плазмохимической обработки материалов и касается прямоточного парогенератора для плазменной системы. Прямоточный парогенератор содержит впуск для подачи в него неконденсируемого газа и воды, а также соединяющую их электронагреваемую парогенерирующую трубу в виде змеевика. Для гашения возникающих в парогенерирующей трубе пульсаций предусмотрено демпфирующее средство. Для обеспечения эффективного устранения пульсаций и конденсаций, а также лучшей управляемости процессами при генерации перегретого пара в парогенераторе и его вводе в плазмотрон согласно изобретению предусмотрено, что парогенерирующая труба имеет участок (15) нагрева воды, участок (16) испарения и участок (17) перегрева, а демпфирующее средство имеет первый демпфер (18), который включен между участком (15) нагрева воды и участком (16) испарения, и второй демпфер (19), который включен между участком (16) испарения и участком (17) перегрева, причем указанные демпферы (18, 19) обеспечивают конструктивное разделение указанных участков (15, 16, 17) парогенерирующей трубы, которые имеют независимо друг от друга снабжение электроэнергией. Также изобретение касается плазменной системы с таким парогенератором и способа генерации пара с помощью такого парогенератора.

Description

ПРЯМОТОЧНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР, ПЛАЗМЕННАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ
ГЕНЕРАЦИИ ПАРА
Изобретение относится к плазменной системе с паровым плазмотроном и прямоточным парогенератором для подготовки плазмообразующей среды для использования в указанном плазмотроне. Кроме того, изобретение относится к самому прямоточному парогенератору и способу генерации в нем перегретого пара.
Плазменные системы с плазмотроном, работающем на водяном паре в качестве плазмообразующей среды, и прямоточным парогенератором являются широко известными и используются для плазмотермической и плазмохимической обработки материалов. В качестве такой обработки материалов может быть, например, плазменная газификация биомассы, плазмотермическое обезвреживание опасных отходов и уничтожение биомедицинских отходов, и утилизации прочих техногенных отходов, а также другие виды обработки, требующие использования высокотемпературных химических активных технологических сред с применением потока пароводяной плазмы.
Основными компонентами таких плазменных систем являются плазмотрон, парогенератор и средства для их снабжения электрической энергией и необходимой для работы плазмотрона средой - газ для начального запуска плазмотрона и вода в качестве основной плазмообразующей среды.
Для надлежащей работы плазмотрона необходимо минимизировать образование в нем конденсата, для чего используется предварительный прогрев плазмотрона путем его работы с использованием неконденсируемого плазмообразующего газа, а водяной пар в качестве плазмообразующего газа подается в уже прогретый плазмотрон в виде перегретого пара с температурой, которая на 50-150 градусов должна превышать температуру сухого насыщенного пара.
Другим важным условием стабильной работы плазмотрона является предотвращение пульсаций расхода пара на входе в плазмотрон. Для этого подготовка водяного пара осуществляется в прямоточном парогенераторе, на выходе которого располагается демпфер.
Примером такой плазменной системы является плазменная система, раскрытая в опубликованной диссертации С.И.Радько «Разработка и исследование электротехнологического оборудования для переработки техногенных отходов с использованием пароводяного плазмотрона», Новосибирск 2014г, 124с. Указанная плазменная система включает в себя плазмотрон, прямоточный парогенератор, системы снабжения электрической энергией плазмотрона и парогенератора, систему подвода вспомогательного пускового неконденсируемого газа, систему подвода воды и систему охлаждения плазмотрона.
Парогенератор имеет электронагреваемую парогенерирующую трубку, которая выполнена в виде змеевика. Змеевик имеет переменное поперечное сечение и пропускает воду, которая по мере движения по змеевику нагревается, испаряется и перегревается до температуры свыше 200 градусов Цельсия. В ходе превращения воды в перегретый пар происходят пульсации давления и объема, которые должны гасится расположенным на выходе змеевика демпфером. Попадая в изначально холодный демпфер пар конденсируется и полученный конденсат отводится из демпфера. По мере воздействия горячего пара на демпфер он нагревается до тех пор, пока не прекратится образование конденсата и будет иметь место только горячий пар с температурой выше 200 градусов Цельсия.
Тогда, открывается распределительный клапан на выходе и горячий пар направляется в плазмотрон, который предварительно был прогрет за счет потока нагретого пускового газа из отдельного подогревателя, который подавал нагретый пусковой газ в плазмотрон на начальном этапе, и за счет его работы на пусковом газе.
Недостатком данной плазменной системы является отдельный подогреватель, который имеет собственную систему электропитания и свою систему управления, что увеличивает сложность всей системы и требуемое для нее пространство. Кроме того, указанный подогреватель работает параллельно с парогенератором, что приводит к высоким затратам электроэнергии.
Далее, температура газа, выдаваемого подогревателем, является ниже температуры подаваемого в плазмотрон перегретого пара, так что при смешивании относительно холодного газа и перегретого водяного пара неизбежно будет происходить охлаждение пара с возможным выпадением конденсата в плазмотроне. Это будет приводить к появлению конденсационных и электрических пульсаций в плазмотроне, что, в свою очередь, будет нарушать стабильность работы плазмотрона и уменьшать срок его службы.
Другой проблемой известной плазменной системы является демпфер для гашения гидродинамических пульсаций, расположенный на выходе змеевика, то есть после получения перегретого пара. Указанный демпфер требует первоначального прогрева для предотвращения охлаждения в нем перегретого пара. Указанный прогрев осуществляется за счет полученного в змеевике перегретого пара, так что парогенератор вначале работает только на нагрев имеющего достаточно большой объем демпфера. Это приводит к существенному расходу энергии в процессе запуска, который суммируется с указанным расходом энергии, возникающим от подогревателя пускового газа. Кроме того, демпфер имеет достаточно большой объем, который приводит не только к указанному большому расходу энергии на его нагрев, но и к потере давления в поступающем в него перегретом паре и тем самым к недостаточной тангенциальной скорости поступающего в плазмотрон пара, что сказывается на качестве вихревой стабилизации электрической дуги, надежности и стабильности работы плазмотрона.
Таким образом, указанное для известной системы отсутствие пульсаций и конденсаций в действительности является недостаточным из-за выполнения демпфера, его размещения после места получения перегретого пара, а также из-за смешивания перегретого пара с «холодным» пусковым газом в плазмотроне.
Кроме того, нагрев змеевика для нагрева протекающей в нем воды обеспечивается за счет подвода к нему электроэнергии, так что весь змеевик нагревается, по существу, одинаково. Таким образом, имеет место неэффективный расход энергии без возможности его адаптации к требуемым для протекающей через соответствующий участок змеевика воды условиям.
Проблема отдельного подогревателя в сходной плазменной системе может быть решена так, как это описано в статье Б. И. Михайлова «Оптимизация процесса запуска паровихревого плазмотрона», журнал «Теплофизика и аэромеханика», 2011, том 18, N°4, стр.693-695. Там пусковой (неконденсируемый) газ и вода подаются на один и тот же вход парогенератора. Вначале подается газ, который нагревается в змеевике парогенератора и через расположенный на выходе парогенератора демпфер направляется в плазмотрон, так что газ осуществляет необходимый нагрев не только плазмотрона, но и демпфера без использования дополнительного нагревающего устройства. После необходимого прогрева плазмотрона вместе с газом на вход парогенератора начинает подаваться вода, количество которой постепенно увеличивается, а количество газа пропорционально уменьшается до полного прекращения подачи газа.
Таким образом, смешивание «холодного» пускового газа и воды осуществляется перед их совместным нагревом в парогенераторе, а не в плазмотроне, так что исключается одна из причин возникновения конденсата в плазмотроне.
Такая система по утверждению ее автора должна обеспечить поступление пара в плазмотрон без каких-либо конденсаций и пульсаций. Однако, согласно гидравлической схеме, в этой системе выходящий из змеевика пар по-прежнему поступает в демпфер, то есть недостатки, связанные с установкой демпфера после змеевика, остались.
При этом в качестве указанных пульсаций также рассматриваются гидродинамические пульсации в парогенерирующей трубке (змеевике). Они возникают при так называемом кризисе кипения, когда в процессе движения воды по трубке центральный поток воды оказывается окруженным потоком пара, количество которого непрерывно увеличивается. Истекая через зазор между водой и стенкой трубы со значительной большей, чем вода, скоростью, пар силами трения тянет воду за собой. В какой-то момент времени соизмеримая с диаметром канала трубки часть водяного потока отрывается и движется с паром в виде жидкостного «снаряда», продолжая дополнительно нагреваться. В процессе этого нагрева температура «снаряда» оказывается выше температуры кипения воды и ее состояние становиться термодинамически неустойчивым. Выход из него происходит взрывообразно. Процесс периодически повторяется, так что такой так называемый «снарядный режим» приводит к указанным пульсациям.
Таким образом, за счет смешивания холодного пускового газа с парогенераторной водой на входе парогенератора или даже до него решена проблема дополнительного отдельного нагревателя для газа и возможные при определенных обстоятельствах негативные воздействия на надежность и стабильность запуска плазмотрона при смешивании газа и перегретого пара непосредственно в плазмотроне.
Однако, выполнение и размещение демпфера здесь такое же, как и в описанном выше решении, так что, по существу, все связанные с этим демпфером проблемы остаются не решенными или не решены в достаточной степени.
Кроме того, известный змеевик не позволяет обеспечивать компенсацию объема и давления воды/пара по мере движения по нему пароводяной смеси, так как эта функция обеспечивается исключительно указанным демпфером. Кроме того, температуры (теплота), требуемые для перевода воды в сухой насыщенный пар и сухого насыщенного пара в перегретый пар, являются разными. Однако, этот аспект не учитывается в известных решениях, так что змеевики нагреваются одинаково по всей своей длине, что является неэффективным, прежде всего, с точки зрения расхода энергии, и не позволяет осуществлять оптимальную настройку температуры и управление всем парогенератором.
Поэтому в основу изобретения положена задача исключения или по меньшей мере уменьшения указанных выше недостатков и обеспечения более эффективного устранения пульсаций и конденсаций, а также лучшей управляемости процессами при генерации перегретого пара в парогенераторе и его вводе в плазмотрон.
Решение этой задачи видится в устранении демпфера, имеющего существенные размеры и расположенного на выходе из участка змеевика для получения перегретого пара, и распределение демпфирующих функций этого демпфера между менее объемными и более выгодно расположенными выше по потоку от участка перегрева средствами/демпферами, которые тем самым образуют конструктивное разделение между участками змеевика, служащими для подогрева воды, испарения воды и перегрева полученного пара и обеспечивают эффективное устранение пульсаций по существу прямо в месте их возникновения. Кроме того, конструктивное разделение указанных участков змеевика позволяет просто реализовать электрическую развязку указанных участков, так что каждый участок может снабжаться необходимой для нагрева энергией независимо от других участков, вследствие чего могут эффективно управляться параметры протекающей через соответствующий участок среды (вода или неконденсируемый газ, водопаровая смесь, сухой насыщенный пар) для лучшей адаптации к требуемым на данном участке условиям без излишнего расхода энергии и/или недостаточного подвода энергии на других участках.
Решение этой задачи видится также в недопущении пульсационного режима кипения в парогенерирующей трубе за счет изменения физического механизма парообразования в зоне испарения, а именно, за счет формирования паровой фазы внутри перегретой относительно локального давления насыщения жидкости, вместо имевшего место в известных решениях формирования паровой фазы на греющей стенке.
В рамках соответствующего изобретению прямоточного парогенератора, указанная задача решена тем, что в прямоточном парогенераторе для плазменной системы, содержащем впуск для подачи в него неконденсируемого газа, необходимого для начального запуска и прогрева плазмотрона, и воды, необходимой для получения перегретого пара для использования в качестве плазмообразующей среды плазмотрона, выпуск для подключения к плазмотрону плазменной системы и подачи в него неконденсируемого газа и/или воды в виде перегретого пара, парогенерирующую трубу в виде змеевика, соединяющую впуск и выпуск для пропускания указанного газа и/или воды от впуска к выпуску, причем парогенерирующая труба выполнена с возможностью электрического нагрева и отдачи тепла пропускаемому газу и/или воде, и демпфирующее средство для гашения возникающих в парогенерирующей трубе пульсаций, предусмотрено, что парогенерирующая труба имеет участок нагрева для первичного нагрева воды, участок испарения для перевода первоначально нагретой воды в сухой насыщенный пар и участок перегрева для получения перегретого пара из сухого насыщенного пара, демпфирующее средство расположено выше по потоку от участка перегрева и имеет: первый демпфер, который включен между участком нагрева воды и участком испарения и который служит для устранения пульсаций при формировании паровой фазы, и второй демпфер, который включен между участком испарения и участком перегрева и служит для устранения пульсаций, связанных с наличием влаги в сухом насыщенном паре, перед участком перегрева пара, и что указанные демпферы обеспечивают конструктивное разделение указанных участков парогенерирующей трубы, и причем участки нагрева, испарения и перегрева парогенерирующей трубы имеют индивидуальные электрические подключения для независимого друг от друга снабжения электроэнергией.
Конструктивное разделение парогенерирующей трубы на отдельные функционально разные участки позволяет обеспечить их независимое друг от друга электропитание, так что их нагрев и управление им может эффективно согласовываться с требуемыми параметрами протекающей среды и видом протекающей среды.
Принятое расположение демпферов позволяет более эффективное гашение или предотвращение пульсаций, по существу в месте их возникновения, чем в случае их распространения по всей парогенерирующей трубе и гашению только после выпуска из парогенерирующей трубы, как в уровне техники.
Кроме того, размещение демпферов выше по потоку от участка перегрева исключает прохождение подготовленного перегретого пара через демпфер, в котором этот пар терял бы свое давление, что с одной стороны могло бы приводить к ухудшению стабилизации дуги в плазмотроне, и с другой стороны создавало бы предпосылки для возникновения конденсата в паре. Таким образом, перегретый пар из парогенерирующей трубы, соответственно, участка перегрева этой парогенерирующей трубы непосредственно (то есть без демпфера) попадает в плазмотрон с сохранением своего состояния, полученного в участке перегрева.
Следует понимать, что парогенератор может иметь не одну парогенерирующую трубу, а две и более парогенерирующих труб, которые выполнены идентично. Соответственно, при упоминании о парогенерирующей трубе речь может идти как об одной, так и о нескольких одинаково выполненных парогенерирующих трубах. Соответственно, также каждый из упомянутых участков парогенерирующей трубы может состоять из нескольких отдельных участков, которые объединены общей функция (нагрева, испарения или перегрева) и могут также быть разделены промежуточными демпферами.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере один из участков парогенерирующей трубы выполнен с увеличивающимся по его длине поперечным сечением проходного отверстия. Таким образом, сам указанный участок образует своего рода дополнительный демпфер/средство для гашения пульсаций, возникающих при движении по нему воды, соответственно, пара. Увеличение сечения может быть плавным или ступенчатым и предпочтительно имеется во всех указанных участках парогенерирующей трубы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, второй демпфер выполнен в виде емкости, заполненной теплоаккумулирующими элементами (например, в форме шара, цилиндра, втулки или иной формы), свободное пространство между которыми разбивает сплошной входящий поток сухого пара на много струек. В результате прохождения сухого пара между такими элементами демпфер гасит пульсации из входящего потока пара.
Согласно одному другому варианту осуществления изобретения, второй демпфер может быть выполнен в виде прямоточного циклона, основным элементом которого является емкость цилиндрической формы, внутри которой демпфирование осуществляют в результате вихревого движения сухого насыщенного пара. Сухой пар подают в демпфер через патрубок в нижней части корпуса, выброс сухого пара в пароперегревательный участок осуществляют через патрубок в верхней части демпфера. Вихревое движение потоку пара придают путем его тангенциального ввода внутрь демпфера. В результате прохождения сухого пара в вихревом потоке демпфер за счет центробежных сил гасит пульсации потока.
Согласно одному другому варианту осуществления изобретения, второй демпфер может быть выполнен в виде возвратно-поточного циклона, основными элементами которого являются корпус, выхлопная труба и бункер. Сухой пар поступает в верхнюю часть корпуса, например, через входной патрубок, тангенциально или под углом, так что обеспечивается центробежная составляющая в потоке вводимого пара. Г ашение пульсаций происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении пара между корпусом и погруженной в полость корпуса выхлопной трубой. В зависимости от паропроизводительности парогенератора можно устанавливать между участком испарения и участком перегрева пара один циклон (одиночный циклон) или объединять несколько циклонов в группу (групповой циклон). Направление вращения потока пара в циклоне выбирают из условий компоновки циклона, а также расположения циклонов в группе. Бункер циклона имеет коническую форму для удобства разворота потока пара в сторону выхлопной трубы. Свободный объем второго демпфера, выполненного в виде циклона, одновременно может выполнять функцию компенсации объема пара.
Выполнение второго демпфера в виде возвратно-поточного циклона предпочтительно, поскольку кроме демпфирующей функции и функции компенсатора объема пара он способен выполнить функцию сепаратора для отделения пара от жидкости, возможно еще имеющейся в насыщенном паре, путем создания силового центробежного поля во входящем в циклон потоке. Это позволяет более эффективно отделять капельную фазу/конденсат от пара и тем самым позволяет еще больше уменьшить пульсации, причиной которых может быть взрывное вскипание капельной фазы/конденсата на участке перегрева. Кроме того, это позволяет избежать проникновение конденсата за участок перегрева и его непосредственное попадание в плазмотрон.
Введение потока пар в возвратно-поточный циклон может осуществляться, предпочтительно, тангенциально, так что поток изначально приобретает вращательное движение и опускается винтообразно вдоль внутренних стенок цилиндрической и конической частей циклона. Входящий поток в силовом центробежном вихревом поле подвергается сепарации, и конденсированная фаза отделяется от сухого насыщенного пара. В результате этого в приосевой зоне циклона преобладает сухой насыщенный пар, а на периферии - на стенке циклона/камеры компенсатора объема осажденные капли воды образуют пленку жидкости. В центральной зоне вращающийся паровой поток, освобожденный от конденсата, двигается снизу-вверх и по трубе, размещенной вдоль оси циклона, поступает в участок перегрева, а затем по паропроводу поступает в плазмотрон в качестве основной плазмообразующей среды. Уловленный конденсат может отводиться из сепаратора через отводящее конденсат отверстие в конической частей циклона. Предпочтительное использование сепаратора в виде циклона, позволяет в значительной мере, предпочтительно практически полностью, исключить переброс воды из участка испарения в участок перегрева. Сбор и отвод конденсата из сепаратора может быть осуществлен по-разному. Например, при малой паропроизводительности предпочтителен слив конденсата, например, в сборник конденсата, а при относительно большой паропроизводительности может быть предпочтительным отвод конденсата в емкость для питательной воды парогенератора или возврат воды на вход участка испарения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, первый демпфер предпочтительно может быть выполнен в виде обогреваемой вихревой форсунки для придания потоку жидкости вращательного движения и предпочтительно дополнительного нагрева и испарения жидкости в вихревом потоке с получением водопаровой смеси с высокой степенью сухости пара. За счет возникающего градиента давления в слоях, приближающихся к оси вихря, создаются условия для перегрева жидкости относительно локального давления насыщения жидкости и возникновение - в этом демпфере и последующем, предпочтительно непосредственно примыкающем участке испарения - паровой фазы. Возникающие в вихре центробежные силы приводят к сепарации двухфазного потока, разделяя жидкую фазу и пар, вытесняя пар к оси вихря. Вытекающая из сопла форсунки водопаровая смесь состоит из двух слоев: жидкого периферийного слоя в форме кольцевой пленки и паровой сердцевины. Тем самым осуществляется недопущение пульсационного режима кипения за счет иного, чем в известных решениях физического механизма парообразования, а именно, за счет формирования паровой фазы внутри перегретой относительно локального давления насыщения жидкости. Такой режим ускоряет процесс испарения, препятствует рождению гидродинамических пульсаций и сокращает испарительную зону. Обогреваемая вихревая форсунка, придающая потоку, предпочтительно нагретому до температуры кипения жидкости, вращательное движение, фактически может являться начальной частью участка испарения парогенерирующей трубы, и сама может являться испарителем или предварительным испарителем перед участком испарения. В зависимости от требуемой паропроизводительности парогенератора можно устанавливать одну вихревую форсунку или объединять несколько вихревых форсунок в группу, выход пара из которых выполнить в один коллектор с последующей подачей пара в участок испарения. Коллектор пара в данном случае будет дополнительным демпфером между упомянутым первым демпфером в виде обогреваемой вихревой форсунки и участком испарения. Дополнительно такой демпфер в виде обогреваемой вихревой форсунке может быть выполнен за одно целое с участком испарения, так что образует входной участок указанного участка испарения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, участок испарения может быть выполнен с возможностью питания электроэнергией вместе с вихревой форсункой или независимо от нее. Таким образом, может быть по меньшей мере значительно уменьшено количество влаги в паре перед его поступлением на участок перегрева. Соответственно, создаются условия для получения более сухого пара на участке испарения и еще лучше устраняется опасность пульсаций, обусловленных взрывным переходом, вода- пар, в частности, в самом плазмотроне.
Таким образом, демпфер в рамках изобретения может являться активным средством подавления условий для возникновения и/или развития пульсаций.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, впуск парогенератора образован посредством смесителя, выполненным с возможностью независимой подачи пускового газа и воды. Например, смеситель может быть выполнен в виде двухкомпонентной газожидкостной форсунки. Форсунка состоит из внешнего и внутреннего контуров. Оба контура работают независимо друг от друга, чем достигается управляемость процесса уменьшения расхода газа до нуля и увеличения расхода воды до требуемого значения при запуске плазмотрона. Смеситель также может быть выполнен в виде эжекторного смесителя или иным образом.
Далее, поставленная задача решается с помощью плазменной системы, содержащей плазмотрон, систему охлаждения плазмотрона, включающую в себя контур циркуляции охлаждающей среды, прямоточный парогенератор, соединенный с плазмотроном, систему электропитания парогенератора, средство подачи неконденсируемого газа для начального запуска и прогрева плазмотрона, средство подачи воды для подачи воды, используемой в качестве плазмообразующей среды, характеризующейся тем, что используется описанный выше парогенератор, у которого вход соединен со средством подачи неконденсируемого газа и одновременно со средством подачи воды, а выход связан с плазмотроном, и при этом система электропитания парогенератора через индивидуальные электрические подключения соединена с участками парогенерирующей трубы для их независимого друг от друга снабжения электроэнергией.
Преимущества указанной плазменной системы совпадают с преимуществами, указанными выше для прямоточного парогенератора.
При этом, в одном предпочтительном варианте осуществления плазменной системы средство подачи воды включает в себя емкость для воды, которая имеет вход для подвода воды и выход для выдачи воды на вход парогенератора.
В развитии этого варианта осуществления предпочтительным образом может быть предусмотрено, что имеется теплообменник, внутри которого происходит теплообмен между охлаждающей средой в контуре циркуляции охлаждающей среды системы охлаждения плазмотрона и водой в емкости для воды или выходящей из этой емкости для подачи на вход парогенератора водой. Это позволяет эффективно использовать отводимое от плазмотрона тепло для предварительного нагрева воды, подаваемой в парогенератор, что в свою очередь обеспечивает меньший расход энергии на нагрев воды в парогенераторе и снижает потребность в затратных мероприятиях по отводу тепла из охлаждающей системы плазмотрона и потере этого тепла.
В одном примере осуществления плазменной системы смеситель, выполненный с возможностью независимой подачи пускового газа и воды, может быть расположен не в парогенераторе, соответственно, в его входе, а отдельно от парогенератора и соединяться с ним через отдельный трубопровод.
Далее, поставленная задача решается с помощью способа генерации перегретого пара, который осуществляется с помощью описанного выше прямоточного парогенератора описанной выше плазменной системы, в котором нагревают воду при ее прохождении через участки парогенерирующей трубы, так что она последовательно претерпевает первичный нагрев, испарение с получением сухого насыщенного пара и перегрев полученного сухого насыщенного пара с получением перегретого пара, который подают в плазмотрон, причем участки парогенерирующей трубы для первичного нагрева, испарения и перегрева электрически нагревают независимо друг от друга, а возникающие при нагреве и испарении воды пульсации гасят с помощью демпферов, расположенных между участками для первичного нагрева и для испарения, а также между участками для испарения и для перегрева.
Принципиальные преимущества этого способа связаны с использованием описанного выше прямоточного парогенератора и тем самым по существу совпадают с преимуществами, описанными выше для парогенератора.
Суть способа заключается в использовании индивидуально нагреваемых отдельных участков выполненной в виде змеевика парогенерирующей трубы в сочетании с расположенными между ними демпферами для формирования совершенно нового режима течения, в котором при относительно малых скоростях, характерных для снарядного режима, потоку придается вращательное движение и возникающие центробежные силы используются для разделения жидкой и паровой фаз потока в змеевике и тем самым предотвращается снарядный режим течения, причем указанные демпферы являются неотъемлемой частью для формирования указанного режима течения потока за счет поддержки вращательного движения потока и обеспечения гашений пульсаций по существу в месте их возникновения без их дальнейшей передачи по всей парогенерирующей трубе от одного участка к другому.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа, воду перед впуском в парогенератор подвергают предварительному нагреву посредством тепла отбираемого из системы охлаждения плазмотрона.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа, участки парогенерирующей трубы для первичного нагрева, испарения и перегрева электрически нагревают независимо друг от друга и поддерживают температуру воды на выходе из участка предварительного нагрева, предпочтительно на 0-20°С ниже температуры кипения, температуру водопарового потока на выходе из первого демпфера поддерживают не ниже температуры кипения, температуру на выходе из участка испарения и входе во второй демпфер поддерживают на 50-120 °С выше температуры кипения, температуру пара на выходе из участка перегрева и на входе в плазмотрон поддерживают равной 250-400 °С.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа перед подачей подлежащей нагреву воды осуществляют прогрев парогенератора путем подачи электроэнергии к парогенерирующей трубе при пропускании через нее неконденсируемого газа, который затем подают в плазмотрон для его запуска и прогрева. При этом предпочтительно предусмотрено, что подачу подлежащей нагреву воды в парогенератор осуществляют через тот же впуск, через который подают неконденсируемый газ так, что долю воды постепенно увеличивают, а долю газа пропорционально уменьшают до полного прекращения подачи газа.
Другие преимущества и особенности заявленного изобретения следуют из приведенного ниже описания примеров осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых показано: фиг.1 принципиальная схема примера соответствующей изобретению плазменной системы с прямоточным парогенератором.
На фиг.1 показана принципиальная схема примера соответствующей изобретению плазменной системы, которая включает в себя, в частности, плазмотрон 1 с источником 2 электропитания и системой 3 поджига электрической дуги (осциллятор), систему 4 охлаждения плазмотрона, включающую в себя контур циркуляции охлаждающей среды, прямоточный парогенератор 5, соединенный с плазмотроном, систему 6 электропитания парогенератора, средство 7 подачи неконденсируемого газа для начального запуска и прогрева плазмотрона, средство 8 подачи воды для подачи воды, используемой в качестве плазмообразующей среды.
Соответствующий изобретению прямоточный парогенератор имеет впуск 13, на который от средств подачи воды и неконденсируемого газа может подаваться как указанный газ, так и указанная вода, и выпуск 14, который соединен с плазмотроном.
Парогенератор в данном случае имеет одну парогенерирующую трубу, соединяющую впуск и выпуск парогенератора. Однако, таких труб может быть предусмотрено две или более. При использовании нескольких парогенерирующих труб впуск и/или выпуск парогенератора может быть образован общим впуском/выпуском и/или несколькими отдельными впусками/выпусками. Так, например, каждая парогенерирующая труба может быть согласована со своим отдельным впуском и выпуском.
Парогенерирующая трубка выполнена в виде змеевика и разделена на несколько отдельных участков, а именно участок 15 нагрева, участок 16 испарения и участок 17 перегрева.
Между участком 15 нагрева и участком 16 испарения включен первый демпфер 18, который обеспечивает гашение пульсаций, возникающих на участке 15 нагрева воды и возникающих на участке 16 испарения при вскипании воды. Указанный демпфер 18 предпочтительным образом может быть выполнен в виде обогреваемой вихревой форсунки для придания потоку жидкости вращательного движения и ее последующего испарения в вихревом потоке. Создание такого вихревого потока позволяет в начале участка 16 испарения получить формирование паровой фазы внутри перегретой жидкости, что не допускает пульсационный режим кипения на участке 16 испарения. То есть демпфер 18 не только гасит возникшие на участке 15 нагрева пульсации, но и по меньшей мере значительно снижает их возникновение на последующем участке 16 испарения. Кроме того, подобное выполнение демпфера 18 может использоваться для обеспечения испарения воды, так что такой демпфер может использоваться в качестве предварительного испарителя, вследствие чего описанные выше преимущества могут достигаться в еще большей степени. Альтернативно, демпфер 18 может быть выполнен просто в виде участка, заполненного теплопроводной пористой структурой, в порах которой происходит кипение, или в любом другом виде, обеспечивающем устранения/уменьшение обусловленных нагревом на участке нагрева и вскипанием воды в начале участка 16 испарения пульсаций.
Между участком 16 испарения и участком 17 перегрева расположен второй демпфер 19, который обеспечивает гашение пульсаций, возникающих в результате фазового перехода, вода-пар. Указанный демпфер 19 может быть выполнен в виде простого плавно или ступенчато расширяющегося участка, который, например, для формирования вращательного движения потока также может быть выполнен в виде циклона, или в любом другом виде, подходящем для гашения пульсаций, возникающих ввиду фазового перехода вода-пар, произошедшем на участке 16 испарения.
В показанном примере также предусмотрен сепаратор 20, который расположен между вторым демпфером 19 и участком 17 перегрева, но также может быть объединен со вторым демпфером 19. Указанный сепаратор служит для отделения капельной фазы или конденсата из полученного на участке 16 испарения парового потока. Указанный сепаратор предпочтительно выполнен в виде циклона, в частности, возвратно-поточного циклона. Свободный объем такого сепаратора 20 одновременно является компенсатором объема пара и демпфером. Последнее указывает на предпочтительность объединения данного сепаратора 20 и демпфера 19. Вход потока в циклон может осуществляться через тангенциальный патрубок, что обеспечивает закручивание вводимого потока и его винтообразное движение вдоль внутренних стенок циклона. За счет вихревого движения потока в циклоне обеспечивается разделение потока на сухой насыщенный пар (в центре потока) и конденсированную фазу (на периферии потока), которая осаждается на стенках циклона. Центральный поток сухого пара направляется далее в участок перегрева, а отделенный конденсат может постоянно или периодически отводиться из сепаратора в отдельный сборник (не показан) или направляться опять на вход участка 16 испарения, как показано на фиг.1.
По меньшей мере один из указанных участков 15, 16, 17 парогенерирующей трубки, предпочтительно все, выполнен с несколько увеличивающимся (постепенно или ступенчато) поперечным сечением проходного отверстия. За счет этого обеспечивается компенсация увеличивающегося объема в результате нагрева воды и фазового перехода вода-пар, так что по меньшей мере один из участков парогенерирующей трубки выполняет демпфирующую функцию в отношении пульсаций в месте их непосредственного возникновения.
Каждый участок 15, 16, 17 выполнен с возможностью электрического нагрева, причем участок 15 нагрева, участок 16 испарения и участок 17 перегрева имеют индивидуальное электрическое подключение посредством токоподводов 37, 38, 39 для независимого друг от друга снабжения электроэнергией от соответствующих источников 21, 22, 23. Первый демпфер 18 здесь имеет общее с участком 16 испарения электрическое подключение, но также возможно и собственное электрическое подключение для первого демпфера 18. Второй демпфер 19, соответственно 19/20 здесь имеет общее с участком 16 испарения электрическое подключение, но также возможно, чтобы он имел общее электрическое подключение с участком 17 перегрева. Источники питания для снабжения указанных участков электроэнергией могут быть частью парогенератора или быть выполненными отдельно от него.
Средство 7 подачи неконденсируемого газа в показанном примере включает в себя средство подачи газа, например, компрессор 24 или ресивер, регулятор 25 расхода газа и запирающее средство 26 (предпочтительно обратный клапан).
Средство 8 подачи воды, например, включает в себя емкость 9 с водой, пополняемую через подвод 11 , насос 10 для перекачки воды из емкости 9 к парогенератору, регулятор 27 расхода воды и запирающее средство 28 (предпочтительно обратный клапан). Запирающие средства 26, 28 соединены по потоку с направляющим средством 29, которое направляет потоки неконденсируемого пускового газа и воды к участку 15 нагрева парогенератора. Указанное средство 29 может быть расположено перед впуском 13 в парогенератор или в самом впуске 13, в частности, образовывать его.
Направляющее средство 29 предпочтительным образом может быть выполнено в виде смесителя, выполненного с возможностью независимой подачи пускового газа и воды. Так, указанный смеситель может быть выполнен, например, в виде газожидкостной форсунки, включающей себя внешний и внутренний контуры. Оба контура могут работать независимо друг от друга, за счет чего достигается управляемость процесса уменьшения расхода газа до нуля и увеличения расхода вода до требуемого значения. Альтернативно, указанный смеситель может быть выполнен в виде эжекторного смесителя или иным подходящим образом.
Система 4 охлаждения плазмотрона 1 и источника 2 электропитания плазмотрона включает в себя контур циркуляции охлаждающей среды. Сама система охлаждения не является предметом изобретения, так что более подробно здесь не описывается.
В показанной плазменной системе также предусмотрен теплообменник 30, который обеспечивает теплообмен между охлаждающей средой из контура циркуляции охлаждающей среды и водой, подаваемой в парогенератор. Теплообменник 30 в показанном примере соединен с дополнительным контуром, по которому вода циркулирует между емкостью 9 и теплообменником, для чего в контуре предусмотрен циркуляционный насос 31. Это позволяет начинать нагрев воды уже в момент начального запуска плазмотрона, когда он еще работает на пусковом газе и вода еще не подается в парогенератор. Однако, может быть предусмотрено, что теплообменник связан непосредственно с трубопроводом, по которому вода подается к парогенератору.
В показанной плазменной системе предусмотрены система 34 энергоснабжения потребителей электрической энергии и система 33 управления, предназначенная для дистанционного управления функциями составных частей плазменной системы и отображения параметров, необходимых для контроля рабочих процессов в них. Сами системы энергоснабжения и управления не являются предметом изобретения, так что более подробно здесь не описывается.
Работа указанной плазменной системы с реализацией заявленного способа в одном предпочтительном варианте может осуществляться следующим образом.
Для начального запуска плазмотрона неконденсируемый пусковой газ подается через средство 24, 25, 26 на впуск 13 парогенератора. Указанный газ поступает в парогенерирующую трубу и последовательно проходит через отдельно электронагреваемые участки 15, 16, 17 парогенерирующей трубы, нагревается до нужной температуры и поступает в плазмотрон, обеспечивая начальный запуск плазмотрона и его надлежащий прогрев.
После необходимого прогрева плазмотрона включают подачу воды в парогенератор для создания перегретого пара, который будет использован в качестве основной плазмообразующей среды в плазмотроне. В данный момент уже может быть запущена система 4 охлаждения плазмотрона, так что питательная вода уже до подачи в парогенератор может быть подогрета.
Вода проходит через направляющее средство 29, где осуществляется регулирование потоков воды и пускового газа так, что количество воды постепенно увеличивается, а количество газа постепенно уменьшается.
Таким образом, на данном этапе вода и пусковой газ подаются одновременно в парогенератор через один и тот же впуск 13.
Далее, вода поступает в участок 15 нагрева выполненной в виде змеевика парогенерирующей трубы, где она нагревается, предпочтительно до температуры на 0-20°С ниже температуры кипения.
Далее вода, нагретая до температуры близкой к температуре кипения, поступает в первый демпфер 18, который в рассматриваемом примере выполнен в виде обогреваемой вихревой форсунки для придания потоку жидкости вращательного движения и в данном случае также испарения жидкости в вихревом потоке. За счет возникающего градиента давления в слоях, приближающихся к оси вихря, формируется перегрев жидкости относительно локального давления насыщения жидкости и возникновение паровой фазы. Возникающие в вихре центробежные силы приводят к сепарации двухфазного потока, разделяя жидкую фазу и пар, вытесняя пар к оси вихря. Вытекающая из сопла форсунки водопаровая смесь состоит из двух слоев: жидкого периферийного слоя в форме кольцевой пленки и паровой сердцевины. Указанный процесс продолжается на последующем участке 16 испарения, на котором происходит, по существу, полное испарение с получением сухого насыщенного пара и предпочтительно перегрев пара на 50-120 °С выше температуры кипения. Тем самым осуществляется недопущение пульсационного режима кипения за счет иного, чем в известных решениях физического механизма парообразования, а именно, за счет формирования паровой фазы внутри перегретой относительно локального давления насыщения жидкости. В таком случае, высокоскоростное движение потока пара внутри кольцевой пленки из воды на стенке будет вызывать дробление пленки воды в мелкодисперсную фазу, размер которой соизмерим уже не с диаметром канала, как в случае снарядного режима, а с толщиной пленки на стенке, поскольку скорость пара внутри много больше скорости течения воды в пленке. Такой режим ускоряет процесс испарения, препятствует рождению гидродинамических пульсаций и сокращает испарительную зону.
Далее, этот перегретый пар поступает во второй демпфер 19, соответственно 19/20, который здесь выполнен в виде возвратно-поточного циклона, основными элементами которого являются корпус, выхлопная труба и бункер. Сухой пар, предпочтительно перегретый относительно температуры насыщения, поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально. Гашение пульсаций происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении пара между корпусом и погруженной в полость корпуса выхлопной трубой.
В свободном объеме второго демпфера 19, выполненного в виде циклона, может одновременно осуществляться компенсация объема пара.
Кроме демпфирующей функции и функции компенсатора объема пара второй демпфер 19 выполняет функцию сепаратора 20 для удаления возможно еще имеющейся капельной фазы из полученного на участке испарения потока пара путем создания силового центробежного поля во входящем потоке.
Введение потока пара в возвратно-поточный циклон осуществляется через тангенциальный патрубок, так что поток изначально приобретает вращательное движение и опускается винтообразно вдоль внутренних стенок цилиндрической и конической частей циклона. Входящий поток в силовом центробежном вихревом поле подвергают сепарации и отделяют конденсированную фазу от сухого насыщенного пара. В результате этого в приосевой зоне циклона преобладает сухой насыщенный пар, а на периферии - на стенке циклона/камеры компенсатора объема осажденные капли воды образуют пленку жидкости. Уловленный конденсат может отводиться из сепаратора через отводящее конденсат отверстие в конической частей циклона. Использование сепаратора в виде циклона, позволяет полностью исключить переброс воды из участка 16 испарения в участок 17 перегрева. Сбор и отвод конденсата из сепаратора 20 может осуществляться путем периодического слива конденсата, например, в сборник конденсата.
В центральной зоне циклона вращающийся паровой поток двигается снизу вверх и по трубе, размещенной вдоль оси циклона, поступает в участок 17 перегрева. Температуру пара на выходе из участка 17 перегрева и на входе в плазмотрон 1 поддерживают равной 250-400°С. Затем перегретый пар по паропроводу 35 поступает в плазмотрон в качестве основной плазмообразующей среды предпочтительно при температуре 350°С. Для электрической безопасности предусмотрена электрическая развязка 36 между выпуском 14 и паропроводом 35.
При работе парогенератора расход питательной воды должен находиться в равновесии с величиной паропроизводительности и соответствовать электрической мощности парового плазмотрона. Поэтому подача воды регулируется автоматически так, чтобы поддерживать расход воды в соответствии с мощностью парового плазмотрона, а для регулирования параметров участков нагрева, испарения и перегрева применена схема их раздельного обогрева с использованием независимых источников тока с возможностью автоматического управления.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Прямоточный парогенератор (5) для плазменной системы, содержащий впуск (13) для подачи в него неконденсируемого газа, необходимого для начального запуска и прогрева плазмотрона (1), и воды, необходимой для получения перегретого пара для использования в качестве плазмообразующей среды плазмотрона (1), выпуск (14) для подключения к плазмотрону (1) плазменной системы и подачи в него неконденсируемого газа и/или воды в виде перегретого пара, парогенерирующую трубу в виде змеевика, соединяющую впуск (13) и выпуск (14) для пропускания указанного газа и/или воды от впуска к выпуску, причем парогенерирующая труба выполнена с возможностью электрического нагрева и отдачи тепла пропускаемому газу и/или воде, и демпфирующее средство для гашения возникающих в парогенерирующей трубе пульсаций, отличающийся тем, что парогенерирующая труба имеет участок (15) нагрева для первичного нагрева воды, участок (16) испарения для перевода первоначально нагретой воды в сухой насыщенный пар и участок (17) перегрева для получения перегретого пара из сухого насыщенного пара, демпфирующее средство расположено выше по потоку от участка (17) перегрева и имеет: первый демпфер (18), который включен между участком (15) нагрева воды и участком (16) испарения и который служит для устранения пульсаций при формировании паровой фазы, и второй демпфер (19), который включен между участком (16) испарения и участком (17) перегрева и служит для устранения пульсаций, связанных с наличием влаги в сухом насыщенном паре, перед участком (17) перегрева пара, и что указанные демпферы (18, 19) обеспечивают конструктивное разделение указанных участков (15, 16, 17) парогенерирующей трубы, и причем участки (15, 16, 17) нагрева, испарения и перегрева парогенерирующей трубы имеют индивидуальные электрические подключения для независимого друг от друга снабжения электроэнергией.
2. Прямоточный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что первый демпфер (18) выполнен в виде обогреваемой вихревой форсунки для придания потоку жидкости вращательного движения и испарения жидкости в вихревом потоке.
3. Прямоточный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что второй демпфер (19) выполнен в виде обогреваемого возвратно-поточного циклона.
4. Прямоточный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из участков (15, 16, 17) парогенерирующей трубы выполнен с увеличивающимся по его длине поперечным сечением проходного отверстия, так что сам указанный по меньшей мере один участок образует дополнительное средство для гашения пульсаций, возникающих при движении по нему воды, соответственно, пара.
5. Плазменная система, содержащая плазмотрон (1), систему (4) охлаждения плазмотрона, включающую в себя контур циркуляции охлаждающей среды, прямоточный парогенератор (5), соединенный с плазмотроном (1), систему (6) электропитания парогенератора, средство (7) подачи неконденсируемого газа для начального запуска и прогрева плазмотрона (1), средство (8) подачи воды для подачи воды, используемой в качестве плазмообразующей среды, отличающаяся тем, что указанный парогенератор (5) выполнен согласно одному из предыдущих п.п.1-4, так что его впуск (13) соединен со средством (7) подачи неконденсируемого газа и одновременно со средством (8) подачи воды, а его выпуск (14) связан с плазмотроном (1), и при этом система (6) электропитания парогенератора через индивидуальные электрические подключения соединена с участками (15, 16, 17) парогенерирующей трубы для их независимого друг от друга снабжения электроэнергией.
6. Плазменная система по п.5, отличающаяся тем, что средство подачи воды включает в себя емкость (9) для воды, которая имеет вход для подвода воды и выход для выдачи воды на впуск (13) парогенератора (5).
7. Плазменная система по п.6, отличающаяся тем, что предусмотрен теплообменник (30), внутри которого происходит теплообмен между охлаждающей средой в контуре циркуляции охлаждающей среды системы охлаждения плазмотрона и водой в емкости для воды или выходящей из этой емкости для подачи на вход парогенератора водой.
8. Плазменная система по п.5, отличающаяся тем, что в ней предусмотрен смеситель (29) для направления неконденсируемого газа и воды к участку нагрева, который образует впуск парогенератора или расположен на впуске парогенератора или выше по потоку от впуска парогенератора.
9. Плазменная система по п.8, отличающаяся тем, что смеситель выполнен в виде эжекторного смесителя или в виде двухкомпонентной газожидкостной форсунки с внутренним или внешним смешением.
10. Способ генерации перегретого пара с помощью прямоточного парогенератора (5) плазменной системы по любому из п.п.5-9, в котором нагревают воду при ее прохождении через участки (15, 16, 17) парогенерирующей трубы, так что она последовательно претерпевает первичный нагрев, испарение с получением сухого насыщенного пара и перегрев полученного сухого насыщенного пара с получением перегретого пара, который подают в плазмотрон (1), причем участки (15, 16, 17) парогенерирующей трубы для первичного нагрева, испарения и перегрева электрически нагревают независимо друг от друга, а возникающие при нагреве и испарении воды пульсации гасят с помощью демпферов (18, 19), расположенных между участками (15, 16) для первичного нагрева и для испарения, а также между участками (16, 17) для испарения и для перегрева.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что воду перед впуском в парогенератор подвергают предварительному нагреву посредством тепла отбираемого из системы (4) охлаждения плазмотрона.
12. Способ по и.10 или 11, отличающийся тем, что участки (15, 16. 17) парогенерирующей трубы для первичного нагрева, испарения и перегрева электрически нагревают независимо друг от друга и поддерживают температуру воды на выходе из участка (15) нагрева на 0-20°С ниже температуры кипения, температуру водопарового потока на выходе из первого демпфера (18) поддерживают не ниже температуры кипения, температуру на выходе из участка (16) испарения и входе во второй демпфер (19) поддерживают на 50-120°С выше температуры кипения, температуру пара на выходе из участка (17) перегрева и на входе в плазмотрон (1) поддерживают равной 250-400°С.
13. Способ по и.10, отличающийся тем, что предварительно нагретую воду перед испарением на соответствующем участке парогенерирующей трубы пропускают через первый демпфер (18), выполненный в виде обогреваемой вихревой форсунки, так что предварительно нагретой воде придают вихревое движение.
14. Способ по и.13, отличающийся тем, что предварительно нагретую воду в указанной обогреваемой вихревой форсунке нагревают до температуры кипения.
15. Способ по и.10, отличающийся тем, что перед подачей подлежащей нагреву воды осуществляют прогрев парогенератора (5) путем подачи электроэнергии к парогенерирующей трубе при пропускании через неё неконденсируемого газа, который затем используют для запуска и прогрева плазмотрона (1).
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что подачу подлежащей нагреву воды осуществляют через тот же впуск (13), через который подают неконденсируемый газ так, что долю воды постепенно увеличивают, и долю газа пропорционально уменьшают до полного прекращения подачи газа.
PCT/RU2021/050066 2020-01-13 2021-03-13 Прямоточный парогенератор, плазменная система и способ генерации пара WO2021145799A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020100547 2020-01-13
RU2020100547A RU2721931C1 (ru) 2020-01-13 2020-01-13 Прямоточный парогенератор для плазменной системы, плазменная система с таким парогенератором и способ генерации перегретого пара

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021145799A1 true WO2021145799A1 (ru) 2021-07-22

Family

ID=70803355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050066 WO2021145799A1 (ru) 2020-01-13 2021-03-13 Прямоточный парогенератор, плазменная система и способ генерации пара

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2721931C1 (ru)
WO (1) WO2021145799A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2093754C1 (ru) * 1995-05-19 1997-10-20 Акционерное общество открытого типа "НовосибирскНИИХиммаш" Способ и устройство для плазменного пиролиза жидких отходов
RU2152562C1 (ru) * 1998-11-02 2000-07-10 Открытое акционерное общество "НовосибирскНИИхиммаш" Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов
US20150382441A1 (en) * 2013-02-15 2015-12-31 Pyrogenesis Canada Inc. High power dc non transferred steam plasma torch system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD299613A7 (de) * 1990-02-26 1992-04-30 �������@������������@��k�� Verfahren zum stabilen betrieb von plasmatrons mit wasserdampf als plasmagas
RU2441353C1 (ru) * 2010-06-28 2012-01-27 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Электродуговой плазмотрон с паровихревой стабилизацией дуги

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2093754C1 (ru) * 1995-05-19 1997-10-20 Акционерное общество открытого типа "НовосибирскНИИХиммаш" Способ и устройство для плазменного пиролиза жидких отходов
RU2152562C1 (ru) * 1998-11-02 2000-07-10 Открытое акционерное общество "НовосибирскНИИхиммаш" Плазмореактор установки обезвреживания жидких хлорорганических отходов
US20150382441A1 (en) * 2013-02-15 2015-12-31 Pyrogenesis Canada Inc. High power dc non transferred steam plasma torch system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIKHAILOV B I: "Optimizatsia protsessa zapuska parovikhrevogo plazmotrona", TEPLOFIZIKA I AEROMEKHANIKA, vol. 18, no. 4, 1 January 2011 (2011-01-01), pages 693 - 695, XP055843461 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2721931C1 (ru) 2020-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100439080B1 (ko) 폐열 증기 발생기
RU2343345C2 (ru) Способ пуска прямоточного парогенератора и прямоточный парогенератор для осуществления способа
RU2502880C2 (ru) Органический цикл ренкина прямого нагрева
CA2597936C (en) Steam generator in horizontal constructional form
RU2516068C2 (ru) Газотурбинная установка, утилизационный парогенератор и способ эксплуатации утилизационного парогенератора
TWI356891B (en) Steam generator
US11073278B2 (en) Vaporization apparatus
JPH0348402B2 (ru)
JP2013527370A (ja) 複合サイクル発電システムにおける出力増大のためのエネルギ回収および蒸気供給
TW201224376A (en) Apparatus and method for utilizing thermal energy
US6250258B1 (en) Method for starting up a once-through heat recovery steam generator and apparatus for carrying out the method
US3954087A (en) Integral separation start-up system for a vapor generator with variable pressure furnace circuitry
JPH09177566A (ja) 発電所のための冷却空気用冷却器
JPH09170701A (ja) 混圧廃熱ボイラを備えた複合プラント
KR100399241B1 (ko) 응축물의가스를제거하는방법및장치
KR20010012074A (ko) 연속 흐름 증기 발생기 및 상기 증기 발생기의 스타팅 방법
US6557500B1 (en) Evaporator and evaporative process for generating saturated steam
RU2721931C1 (ru) Прямоточный парогенератор для плазменной системы, плазменная система с таким парогенератором и способ генерации перегретого пара
KR101822311B1 (ko) 폐열 증기 발생기 및 연료 예열부를 갖는 복합 화력 발전소
KR19990029030A (ko) 가스 및 증기 터빈 장치의 작동 방법 및 그에 따라 작동하는장치
CN113209656A (zh) 一种提高溶液溶质浓度的方法和系统
EP4089230A1 (en) Process and plant for drying paper
CN100595484C (zh) 余热锅炉及其汽包
CN103562634B (zh) 蒸汽发生器
RU2783779C1 (ru) Устройство для управления температурой перегретого пара при пуске прямоточного котла водой встроенного сепаратора

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21741096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21741096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1