CZ2007542A3 - Intenzifikacní zpusob spalování tuhých paliv - Google Patents

Abstract

Pri zpusobu spalování tuhých paliv probíhá horenísmesi palivo-vzduch v elektrickém poli, pricemž na elektrodu opatrenou katalyzátorem, která se nachází ve spalovacím prostoru, se privádí vysoké napetí.

Description

Způsob spadá do energetického, železářského a ocelářského průmyslu a sice se týká spalování tuhých paliv, jako je uhlí, rašeliny, dřeva.

Stav techniky

Proces spalování tuhých paliv je dobře znám. Do této doby je známé významné množství způsobů intenzifikačního procesu spalování tuhých paliv. Jedním ze způsobů je intenzifikace hoření plamene zvyšováním koncentrace kyslíku v poryvu, který má za následek zvýšení koncentrace atomů a kyslik-obsahujících radikálů ve spalovacím prostoru.

Známý je způsob tavení ocele v kyslíkovém konvertoru [viz. Kazakov Z.Ts, Osokin A.M. , Shishkov A.P. Technology of metals and the second constructional materials. - M.:metallurgy, 1975 688 p.] . Základ uvedených způsobů spočívá ve vhánění kyslíku skrz (furma) speciální trubici, která je vložená do objemu tekuté náplně surového železa, skrz kterou proudí kyslík na povrch tekutého kovu. Během profukování vysoko-teplotní hmoty z roztaveného kovu s teplotou kolem 1500 až 2300 °C je kyslíkem * dosaženo oxidace těžce oxidovaných nečistot. Nejintenzivnější oxidace nečistot probíhá na povrchu styku kyslíkové trysky s kovem.

Nedostatky - použití drahého okysličovadla; neproduktivní náklady okysličovadla v souvislosti s velkým únikem nevyužitého kyslíku, to znamená kyslíku, který prochází skrz trubici, ale neraguje s uhlíkem, železem a jinými složkami a odchází nevyužitý ze zmíněné trubice. Je nezbytné získávání okysličovadla dalším výrobním postupem, kterým je technologie ·· ···· ·· separace ze vzduchu s enormním prodražením kovu a s náklady na energii.

Intenzifikační způsob chemických katalytických heterofázních procesů vytvořením oblasti katalýzy elektrickým výbojem je znám v literatuře [A.C. Nol036347, kl.B01D35/06 // B01D 51/00. An electric separator 30.04.1982, a také Stolyarenko H.S. „The ozone systems H₂O-O₃-O2-NO_X-SO2 mechanism of radical chemical reactions in heterophase // Bulletin Cherkassy engineering institute of technology - No3 - 1999.-p.81-85]. Výsledkem působení elektrického výboje na chemické heterofázní procesy je možnost probíhání těchto reakcí při teplotách o 300500 stupňů nižších než bez působení elektrického výboje; to vysvětluje další elektrická, vlnová a světelná aktivace procesu doprovázející teplotní aktivaci. Vlnovou aktivací se rozumí aktivace vlnami vysoké frekvence, například elektromagnetické pole.

Nedostatky - technologie byla zkoumána při nízkých koncentracích reagujících složek; proto výsledek obsahuje zvýšení nákladů specifického výkonu pro vytvoření elektrického výboj e.

Jako nejbližší stav techniky - prototyp - je vybrán článek „The fláme intensification and management method [the Stalemate. No2125682 Russia, MKI F 23 No005/00 F 236005/00].

Intenzifikačního metoda procesu spalování nastává vytvořením plamene silným podélným elektrickým polem (o intenzitě 2 kv/m a více) a silným příčným elektrickým polem mezi elektrodami, které rotují například způsobem tří-fázové soustavy elektrod a třífázového vysoko-napěťového zdroje. Způsob obsahuje také operace měření výšky plamene a jeho dalších parametrů, proměnnou vzdálenost mezi elektrodami, překrývání podélného pole a plamene při současné regulaci intenzity pole. Způsob dává možnost natáčet plamen přes elektrické pole, které zvyšuje míru míchání a vpravování směsi palivo-vzduch, tj . rozptýlení paliva s následným promícháním se vzduchem a doprovázející zesilování ·« ·*·» • r

hořeni. Navržená nová operace vkládání paliva do spalovacího prostoru podélným elektrickým polem, které dodatečně, na molekulární úrovni, zesiluje spalování plamenem a snižuje náklady na palivo. Způsob také umožňuje řídit geometrii plamene, jeho teplotu a teplotní vodivost změnou geometrie a elektrických parametrů výše uvedených elektrických polí, například vhodně zaostřit plamen, například při tepelném zpracování kovů a slitin.

Nedostatky - vysoké specifické vstupní výkony, které snižují energetickou efektivnost zpracování; nezbytnost míchání a iontového rozptylování paliva; komplikovanost regulace spalovacího procesu.

Podstata vynálezu

Na podstatě vynálezu byla stanovena úloha: přidat do tepelné složky aktivačního procesu hoření elektrickou, vlnovou, elektrokatalickou aktivaci, mající zajistit maximální stupeň vyhoření uhlíku z tuhého paliva.

Podstata vynálezu spočívá v hoření směsi palivo-vzduch v elektrickém poli prostřednictvím elektrody s katalyzátorem ve spalovacím prostoru, na níž přivedené vysoké napětí způsobí snížení aktivačních energií všech endotermických stadií reakcí hoření díky vytvoření atomů kyslíku, radikálů uhlíku a kyslík obsahujících radikálů.

Zamýšlený úkol je řešení v překrývající oblasti výboje, spalovací prostor a elektro-katalytický proces syntézy nízkoteplotní plazmy, která je vytvořena mezi dvěma elektrodami přivedením vysokého napětí na elektrody, a elektrody jsou vytvořeny z kovů různého mocenství, jejich oxidů nebo jiného elektricky-vodivého materiálu a opatřeny katalyzátorem. Napětí na elektrodách se pohybuje v rozmezí 5-2OkV.

·· ···· • · » · · ·

Srovnávací analýza s prototypem dovoluje učinit závěr, který nabízí technické řešení, lišící se od prototypu vytvořením nízkoteplotní plazmy a průběhem elektro-katalytického procesu ve spalovacím prostoru. To má za následek přiblížení rychlostí termo-katalytických a elektro-katalytických rozkladů uhlíku a uhlovodíků které jsou vybrány z uhlí, zvyšující rychlost oxidace uhlíkových sloučenin na dioxid uhlíku a vodu díky vysoké koncentraci kyslík-obsahujících radikálů, zvyšující míru vyhoření uhlíku z tuhého paliva a úsporu tuhého paliva. Ve spojení s tím, že katalytická plazma a oxidační proces jsou znázorněny v jedné oblasti ve srovnání s prototypem, náklady na elektrickou energii klesnou o 3 řády, což dovoluje získat vysokou specifickou úsporu paliva. Náklady na palivo pro vytvoření nízko-teplotní plazmy nepřevyšují 2-5 % z přijaté energie.

Způsob spalování spočívá v následujícím.

Způsob se v zásadě skládá z fyzikálních a termochemických stádií. Drcení paliva, přeprava paliva a vzduchu do spalovacího prostoru, míchání paliva a vzduchu, spalování ve spalovací komoře zajištěné různými způsoby. Intenzifikace spalovacího procesu využívá v prototypu elektrické pole spadající do oblasti míchání a hoření. Intenzifikace navrženým způsobem spadá do spalovacího prostoru, ve kterém jsou procesy hoření kombinovány, procesy oxidace radikálů a katalytická aktivace paliva.

Popis obrázků na výkresech

Nabízené technické řešení je prezentováno na obrázcích: Na obr.l - schéma experimentálního zařízení; na obr.2 - porovnání závislosti změny teploty teplonosného média.

Schéma technologického postupu na obrázku 1. obsahuje: spalovací komoru 1; topeniště 2 s elektrodami; elektro-termální rouru 3 pro zapalování směsi palivo-vzduch; nádrž s teplonosným médiem 4 (vodou), které se ohřívá; rošt 5; tepelnou izolaci 6;

«· ···· • · • ··· «4 *·♦« ·«·· « · · · • · · · · ·· • Λ · · » ·· · *· • · C ·»··· ·· ···· ·· ♦· vysokonapěťovou elektrodu 7 s katalyzátorem; elektrický zdroj 8 energie; uzemnění 9.

Popis příkladného provedení vynálezu

Proud vzduchu, který obsahuje práškovíté tuhé palivo, vstupuje do spalovací komory 1. Prochází přes elektrodu 7 s vysokým napětím v podobě roštu, přes rošt 5 a vstupuje do topeniště 2. Elektrickým zapálením stoupne teplota směsi palivovzduch, po kterém se zařízení zapalování vypne. Stacionárně instalovaný proces spalování je určen změnou teploty přesně měřeného objemu teplonosného média 4 (v tomto případě voda). Dodávání elektrického napětí 5 - 20 kV z elektrického zdroje 8 energie na elektrodu Ί_, která je realizována v podobě roštu opatřeného katalyzátorem, zintenzivňuje proces hoření. Tento režim je určen změnou teploty úměrného objemu teplonosného média 4 .

Na obrázku 2. je znázorněna závislost změny teploty teplonosného média 4 (vody) v čase při procesu hoření bez elektrického výboje a při experimentu s elektrickým výbojem. V případě spalování uhlí s elektrickým výbojem je pozorováno zrychlení ohřívání teplonosného média 4 (vody), které dosvědčuje uvolnění více tepla, než v případě spalování bez elektrického výboje. Na znázorněných křivkách se liší tři oblasti: A - oblast založení rovnoměrného procesu hoření (počátek křivek od 0 do 2 minut); B - oblast rovnoměrného hoření uhlí (přímková oblast uprostřed křivek od 2 do 16 minut); C oblast slábnutí procesu hoření (po 16 minutách). Pro výpočet výkonnosti a účinnosti elektrické aktivace spalovacího procesu uhlí je využita oblast rovnoměrného hoření.

Specifický výkon produkovaného tepla při spalování bez elektrického výboje dosahuje průměrné hodnoty 73 W/g, zatímco s elektrickým výbojem dosahuje průměrné hodnoty 94,5 W/g, to je • · · ·

více o 18,6 % a dále se o stejnou hodnotu snižuje dodávka paliva.

Stupeň vyhoření uhlí byl určen vykonáním obou variant. Pro tento účel obsah uhelného popela a stupně vyhoření uhlí bez elektrického výboje a s elektrickým výbojem byly omezené.

Míra vyhoření uhlí při spalování bez elektrického výboje činí přibližně 72% (to přibližně odpovídá kotlům, které mají topeniště s celistvou mříží); míra vyhoření paliva při použití elektrického výboje dosahuje 89 %. Nárůst míry vyhoření paliva je průměrně 17,45 %.

V případě odstranění katalytických roštů vysokonapěťové elektrody 7 ze spalovacího prostoru, se rychlost změny teploty teplonosného média vyrovná, efekt intenzifikace hoření paliva klesne a obsah uhlíku v popelu se přiblíží k hodnotě dosažené při spalování bez elektrického výboje.

Nabízený způsob intenzifikace procesu hoření má za následek úsporu paliva, přispění k úplnějšímu vyhoření paliva a nárůst účinnosti procesu hoření.

Deklarované technické řešení, umožňuje vytvořit zařízení intenzifikace hoření tuhého paliva pro provoz kotlů libovolného výkonu. Uvedené technické řešení nevyžaduje změny nebo reorganizace topenišť kotlů; elektrická výstroj pro vytvoření elektrického výboje a nízkoteplotní plazmy je standardizována; katalyzátory, které jsou uloženy na roštu vysokého napětí - jsou běžné.

Výzkumný vzorek v podobě testovaného zařízení byl vyroben a testován přihlašovateli.

Claims (3)

1. Intenzifikační způsob spalování tuhých paliv, který tvoří základ procesu hořeni směsi palivo-vzduch v elektrickém poli, vyznačující se tím, že proces hoření se děje pomocí elektrody opatřené katalyzátorem, která se nachází ve spalovacím prostoru a na kterou se přivádí vysoké napětí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že provedení elektrody je v podobě roštu z kovů různého mocenství, jejich oxidů nebo jiného elektricky-vodivého materiálu s uloženým katalyzátorem.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že napětí na elektrodě se pohybuje uvnitř intervalu 5-20kV.