RU2511946C2

RU2511946C2 - Method of high-potential thermal energy accumulation and storage

Info

Publication number: RU2511946C2
Application number: RU2012117374/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Мелешко; Валерий Александрович Карелин; Владимир Олегович Грек; Юрий Леонидович Краснобаев; Вера Сергеевна Кочелаевская
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2012117374A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to a method of high-potential energy accumulation and storage. This method involves alternating loading of heated circulating disperse solid heat carrier by gravity to heat accumulator in the form of heat-insulated vessel. Heated disperse solid heat carrier is removed by gravity via closed chutes from ammunition combustion module group and distributed evenly over the vessel perimeter and cross-section via internal chutes of different radial length matching the number of combustion modules. Ventilation air fed under the chutes is used to burn down admixtures in particles of dispersed solid heat carrier. Discharge of heated solid heat carrier through converging lower part of heat accumulator allows levelling of temperature of outgoing heat carrier supplied to utilities. Cooled circulating disperse solid heat carrier returned from utilities is lifted to feeding tank of ammunition combustion aggregate for distribution over combustion modules.

EFFECT: obtained method of heat accumulation and storage from circulating disperse solid heat carrier flows, stabilised temperature of accumulated heat storage and distribution.

4 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для хранения высокопотенциальной тепловой энергии в процессе получения и использования тепловой энергии от сжигания различных горючих в теплоэнергетике и, в частности, к ресурсосбережению при утилизации боеприпасов способами управляемого выжигания с генерацией тепла для полезного использования, например, получения пара с критическими и сверхкритическими параметрами. Управляемое выжигание заряда взрывчатого вещества из вертикально установленной оболочки снаряда осуществляют путем инициирования послойного горения взрывчатого вещества со стороны его свободной поверхности воздействием на эту поверхность нагретого до высокой температуры поджигающего тела в виде свободно текучих сферических или цилиндрических частиц сыпучего твердого теплоносителя. Для повышения производительности при массовой утилизации боеприпасов, например, артиллерийских снарядов, устройства для осуществления способа модули выжигания группируют в установке выжигания боеприпасов (Карелин В.А., Кирий Г.В., Мелешко В.Ю., Краснобаев Ю.Л. Способ расснаряжения боеприпасов. RU 2224215, 2002 [1]).The invention relates to methods and devices for storing high potential thermal energy in the process of obtaining and using thermal energy from burning various fuels in the power system and, in particular, to resource saving when disposing of ammunition using controlled burning methods with heat generation for useful use, for example, to produce critical steam and supercritical parameters. The controlled burning of the explosive charge from a vertically mounted shell of the projectile is carried out by initiating layer-by-layer burning of the explosive from the side of its free surface by exposing the burning body to a high temperature to this surface in the form of free-flowing spherical or cylindrical particles of a loose solid heat carrier. To increase productivity during the mass disposal of ammunition, for example, artillery shells, devices for implementing the method, the burning modules are grouped in an ammunition burning unit (Karelin V.A., Kiriy G.V., Meleshko V.Yu., Krasnobaev Yu.L. Method of demilitarization ammunition. RU 2224215, 2002 [1]).

Выгружаемый после окончания выжигания заряда взрывчатого вещества нагретый сыпучий твердый теплоноситель несет и сохраняет в себе высокопотенциальную тепловую энергию для последующего использования. The heated free-flowing solid solid coolant discharged after the burning of an explosive charge is completed carries and retains high potential thermal energy for subsequent use.

Известны способы накопления и хранения высокопотенциального тепла в устройствах, называемых тепловыми аккумуляторами (ТА). Их применяют в гелиоэнергетике для обеспечения бесперебойной работы выходных электрогенераторов при суточных изменениях интенсивности солнечного излучения (Warekar S., Schmitz S., Goetsche J., Hoffschmidt В., Tamme R. Air-Sand Heat Exchanger for High-Temperature Storage // ASME 2009, 3-rd International Conference on Energy Sustainability, Vol.2 [2]), на крупных теплоэлектрических станциях для обеспечения стабильных параметров подаваемой энергии при суточных изменениях уровней потребления с помощью регулирования мощности паровых турбин при постоянной генерируемой тепловой мощности паровых котлов (Schluderberg D.C. Moving Bed Heat Storage and Recovery System // US 4361009, 1982. Babcock & Wilcox Company, Nat.Cl. 60/659, Int.Cl F01K 3/00 [3]). Во всех этих способах тепловая энергия источника тепла, Солнца или парогенератора, передается промежуточному теплоносителю, которым является сыпучий твердый материал, поступающему после нагрева в ТА. При необходимости сыпучий твердый теплоноситель извлекается для пополнения тепловой мощности выходных генераторов энергии.Known methods of accumulation and storage of high potential heat in devices called thermal batteries (TA). They are used in solar energy to ensure uninterrupted operation of output generators with daily changes in the intensity of solar radiation (Warekar S., Schmitz S., Goetsche J., Hoffschmidt B., Tamme R. Air-Sand Heat Exchanger for High-Temperature Storage // ASME 2009 , 3-rd International Conference on Energy Sustainability, Vol.2 [2]), at large thermal power plants to provide stable parameters of the supplied energy with daily changes in consumption levels by adjusting the power of steam turbines with constant generated thermal power of steam boilers (Schluderberg DC Moving Bed heat st orage and Recovery System // US 4361009, 1982. Babcock & Wilcox Company, Nat.Cl. 60/659, Int.Cl F01K 3/00 [3]). In all these methods, the thermal energy of a heat source, the Sun or a steam generator, is transferred to the intermediate heat carrier, which is a loose solid material, which, after heating, enters the TA. If necessary, the bulk solid coolant is removed to replenish the thermal power of the output energy generators.

В предпочтительном исполнении в соответствии с патентом [3] поток сыпучего твердого теплоносителя состоит из плотных частиц, например песка, имеющих размер, который выбирают для максимизации запаса тепла и минимизации разности температур между поверхностью и усредненной внутренней зоной частиц. При выборе размера частиц учитывают их теплопроводность и плотность, а также экономические факторы, например стоимость материала и доступность. В соответствии с патентом поток сыпучего твердого теплоносителя выходит из приемника солнечного излучения с температурой в диапазоне от 816°С до 1093°С. В бункер-накопитель твердый теплоноситель поступает с температурой от 149 до 260°С.In a preferred embodiment, in accordance with the patent [3], the flow of free flowing solid heat carrier consists of dense particles, for example sand, having a size that is chosen to maximize the heat supply and minimize the temperature difference between the surface and the averaged inner zone of the particles. When choosing particle size, their thermal conductivity and density are taken into account, as well as economic factors, such as material cost and availability. In accordance with the patent, the flow of granular solid coolant leaves the solar radiation receiver with a temperature in the range from 816 ° C to 1093 ° C. The solid coolant enters the storage hopper with a temperature of 149 to 260 ° C.

Применительно к решаемой технической задаче недостатком известных ТА является связь с одним источником тепла, инерционность процессов пополнения и извлечения энергии.In relation to the technical problem to be solved, the disadvantage of known TA is the connection with one heat source, the inertia of the processes of replenishment and energy extraction.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и принятым за прототип является способ хранения тепла, в циркулирующем сыпучем твердом материале, заявленный в патенте (Palkes M., Teigen B., Jukkola G.D., Continuous Moving Bed Solar Steam Generation System // WO 2009/129170. 2009. Alstom Technology Ltd [4]). В соответствии со способом нагретый поток сыпучего твердого теплоносителя из источника тепла, приемника солнечного излучения, поступает в ТА, который размещен в одном корпусе с последовательно и нижерасположенным блоком парогенерации, состоящим из перегревателя пара и собственно парогенератора. Нагретый сыпучий твердый теплоноситель под действием гравитации последовательно опускается через перегреватель пара с расположенными в нем трубками теплообмена и парогенератор также с трубками теплообмена. Охлажденный сыпучий твердый теплоноситель выпускают в бункер-накопитель. Охлажденный твердый теплоноситель с помощью трубы пневмотранспорта поднимают к верхнему бункеру-питателю приемника солнечного излучения. Перед загрузкой в верхний бункер сыпучий твердый теплоноситель отделяют от несущего газа трубы пневмотранспорта в сепараторе циклонного типа. Несущий газ удаляют в окружающую среду.The closest in technical essence, the achieved result and adopted as a prototype is a method for storing heat in a circulating loose solid material, as claimed in the patent (Palkes M., Teigen B., Jukkola GD, Continuous Moving Bed Solar Steam Generation System // WO 2009 / 129170. 2009. Alstom Technology Ltd [4]). In accordance with the method, the heated flow of granular solid coolant from a heat source, a solar radiation receiver, enters a TA, which is housed in a housing with a sequentially and downstream steam generation unit, consisting of a steam superheater and the steam generator itself. Under the action of gravity, the heated free-flowing solid solid coolant is sequentially lowered through a steam superheater with heat transfer tubes located in it and a steam generator also with heat transfer tubes. The cooled loose solid heat carrier is discharged into the storage hopper. Using a pneumatic conveying pipe, the cooled solid coolant is raised to the upper hopper-feeder of the solar radiation receiver. Before loading into the upper hopper, the bulk solid heat carrier is separated from the carrier gas by pneumatic conveying pipes in a cyclone-type separator. Carrier gas is removed to the environment.

Существенным недостатком этой установки является применение пневмотранспорта сыпучего твердого теплоносителя, при движении в котором происходит значительная потеря тепловой энергии частиц, поскольку несущий газ (воздух) далее просто выбрасывается в окружающую среду. В результате снижается кпд устройства. Отсутствие физического разделения ТА и блока парогенерации ограничивает возможности ТА по накоплению тепловой энергии и распределению ее между различными потребителями. ТА не рассчитан на работу от источников тепла, связанных со сжиганием горючих, продукты сгорания которых могут быть загрязнены различными примесями, оседающими на частицах твердого теплоносителя.A significant drawback of this installation is the use of pneumatic conveying of a loose solid coolant, during movement in which there is a significant loss of thermal energy of particles, since the carrier gas (air) is then simply released into the environment. As a result, the efficiency of the device is reduced. The lack of physical separation of TA and the steam generation unit limits the capabilities of TA in the accumulation of thermal energy and its distribution between different consumers. TA is not designed to work from heat sources associated with the burning of fuels, the combustion products of which may be contaminated with various impurities deposited on the particles of the solid coolant.

Решаемой технической задачей являлась разработка способа накопления и хранения тепла потоков циркулирующих сыпучих твердых теплоносителей, поступающих с различной периодичностью из источников тепла, основанных на сжигании различных горючих материалов, очистки сыпучих твердых теплоносителей от остатков продуктов сгорания, стабилизации температуры хранения и распределения накопленного высокопотенциального тепла в виде потоков сыпучих твердых теплоносителей по потребителям.The technical task to be solved was the development of a method for the accumulation and storage of heat of flows of circulating loose solid heat carriers arriving at different intervals from heat sources based on the combustion of various combustible materials, purification of loose solid heat carriers from the remains of combustion products, stabilization of the storage temperature and distribution of the accumulated high potential heat in the form flows of bulk solid coolants by consumers.

Решение поставленной технической задачи заключается в том, что в способе накопления и хранения высокопотенциальной тепловой энергии продуктов сгорания, включающем переменную по времени загрузку самотеком циркулирующего нагретого сыпучего твердого теплоносителя от источника тепла в тепловой аккумулятор в виде теплоизолированной емкости, накопление в ней резервного запаса нагретого сыпучего твердого теплоносителя и выпуск потока сыпучего твердого теплоносителя с постоянным расходом самотеком под действием гравитации потребителю, высокопотенциальную тепловую энергию получают от источников тепла в виде модулей выжигания в установке утилизации боеприпасов, сообщенных с одним групповым тепловым аккумулятором, переменную загрузку нагретого теплоносителя осуществляют самотеком по закрытым желобам отдельно от каждого модуля выжигания из группы, закрытые желоба размещают по периметру емкости, поступающий сыпучий твердый теплоноситель распределяют по сечению емкости с помощью наклонных лотков различной радиальной длины с высотой падения ссыпаемого сыпучего твердого теплоносителя не более 10 см, выжигают остатки горючего на ссыпающихся вниз частицах сыпучего твердого теплоносителя подводимым по периметру емкости воздухом вентилирования, выравнивают температуру сыпучего твердого теплоносителя путем пропускания через сходящуюся выходную часть емкости при выпуске в преобразователь тепловой энергии потребителя, возвращаемый потребителем охлажденный циркулирующий сыпучий твердый теплоноситель поднимают в бункер-питатель установки утилизации с помощью механического элеватора. Теплоизолированную емкость выполняют цилиндроконической с размещением модулей выжигания вокруг емкости. Теплоизолированную емкость выполняют прямоугольно-клиновидной с размещением модулей вдоль длинных сторон прямоугольно-клиновидной емкости. Преобразователем тепловой энергии является парогенератор турбины, соединенной с электрогенератором. Преобразователем тепловой энергии является реактор газификации биомасс для получения синтез-газа.The solution of the technical problem lies in the fact that in the method of accumulation and storage of high potential thermal energy of the combustion products, which includes a time-variable loading by gravity of a circulating heated loose solid heat carrier from a heat source into a heat accumulator in the form of a heat-insulated tank, the accumulation of a reserve stock of heated bulk solid coolant and the release of a flow of granular solid coolant with a constant flow by gravity under the influence of gravity to the consumer, high-potential heat energy is obtained from heat sources in the form of burning modules in an ammunition disposal unit in communication with one group heat accumulator, the heated coolant is variably loaded by gravity along closed gutters separately from each burning module from the group, closed gutters are placed around the tank perimeter, the incoming solid loose the coolant is distributed over the tank cross section using inclined trays of various radial lengths with the falling height of the poured loose solid of the coolant not more than 10 cm, the remaining fuel is burned out on the particles of granular solid coolant falling down, the ventilation air supplied along the perimeter of the tank is leveled, the temperature of the bulk solid coolant is equalized by passing through the converging outlet part of the tank when the consumer returns to the thermal energy converter, the cooled circulating bulk solid returned to the consumer the heat carrier is lifted into the bunker-feeder of the disposal unit using a mechanical elevator. The heat-insulated tank is cylindrical with the placement of burning modules around the tank. The heat-insulated container is made rectangular-wedge-shaped with the placement of modules along the long sides of the rectangular-wedge-shaped container. The thermal energy converter is a steam generator of a turbine connected to an electric generator. The thermal energy converter is a biomass gasification reactor for producing synthesis gas.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого устройства показывает, что отличительными признаками предложения являются те, в соответствии с которыми:A comparative analysis of the essential features of the prototype and the proposed device shows that the distinguishing features of the proposal are those in accordance with which:

- переменную загрузку нагретого теплоносителя осуществляют самотеком по закрытым желобам отдельно от каждого модуля выжигания боеприпасов из группы;- a variable load of the heated coolant is carried out by gravity along the closed gutters separately from each module of the burning of ammunition from the group;

- закрытые желоба размещают по периметру емкости;- closed gutters are placed around the perimeter of the tank;

- поступающий сыпучий твердый теплоноситель распределяют по сечению емкости с помощью наклонных лотков различной длины внутри емкости с высотой падения ссыпаемого зернистого материала не более 10 см;- the incoming loose solid coolant is distributed over the cross-section of the tank with the help of inclined trays of various lengths inside the tank with a drop height of the granular material being poured not more than 10 cm;

- выжигают остатки горючего на ссыпающихся вниз частицах подводимым по периметру емкости воздухом вентилирования;- burn out the remaining fuel on particles falling downward by ventilation air supplied along the perimeter of the tank;

- выравнивают температуру сыпучего твердого теплоносителя путем пропускания через сужающуюся выходную часть емкости при выпуске в преобразователь тепловой энергии потребителя;- equalize the temperature of the bulk solid coolant by passing through the tapering output part of the tank when the consumer releases thermal energy into the converter;

- возвращаемый от потребителя охлажденный сыпучий твердый теплоноситель поднимают к бункеру-питателю модулей выжигания с помощью механического элеватора.- the cooled loose solid heat carrier returned from the consumer is lifted to the bunker-feeder of the burning modules using a mechanical elevator.

Сущность настоящего предложения будет более понятна из рассмотрения фигур чертежа, где:The essence of this proposal will be more clear from a consideration of the figures of the drawing, where:

фиг.1 представляет общую схему верхней части теплового аккумулятора;figure 1 is a General diagram of the upper part of the heat accumulator;

фиг.2 представляет вид А-А фиг.1 общей схемы верхней части теплового аккумулятора;figure 2 is a view aa of figure 1 of the general diagram of the upper part of the heat accumulator;

фиг.3 показывает пример расположения модулей выжигания вокруг цилиндроконического теплового аккумулятора;figure 3 shows an example of the location of the burn modules around the cylinder-conical heat accumulator;

фиг.4 дает пример размещения модулей выжигания вдоль длинных сторон прямоугольно-клиновидного теплового аккумулятора и следующего описания исполнения изобретения.figure 4 gives an example of the placement of the burning modules along the long sides of the rectangular-wedge-shaped heat accumulator and the following description of the execution of the invention.

Как показано на фиг.1, фиг.2 цилиндроконический ТА, предназначенный для реализации способа, содержит корпус 1 со слоем высокотемпературной теплоизоляции (не показана). Верхняя часть ТА снабжена крышкой с газоотводом (не показана). Наклонные вводы самотечных закрытых желобов загрузки 2 от модулей выжигания установки утилизации (не показаны) расположены по периметру верхней части корпуса 1 и имеют выступающие внутрь аккумулятора нижние концевые кромки. Кромки являются порогами распределения сыпучего твердого теплоносителя по лоткам 3 и ссыпания теплоносителя на открытую поверхность слоя параллельно и на некотором удалении от стенки ТА. Для выравнивания распределения сыпучего твердого теплоносителя по открытой поверхности слоя лотки 3а, 3б и 3в имеют различную длину в радиальном направлении. Верхние концевые кромки закрытых желобов снабжены отбойными щитками 4 для формирования потока сыпучего твердого теплоносителя по лотку. Ниже пояса размещения закрытых желобов 2 по периметру корпуса 1 выполнен коллектор 5 подачи воздуха вентилирования. Нижняя коническая часть корпуса (показана частично) заканчивается типовой арматурой управления выпуском твердого теплоносителя к потребителю или потребителям, например к парогенератору или в реактору газификации биоотходов, например паровым риформингом, для получения синтез-газа (не показаны).As shown in figure 1, figure 2 cylindrical TA, designed to implement the method, contains a housing 1 with a layer of high-temperature insulation (not shown). The upper part of the TA is equipped with a gas vent cover (not shown). The inclined entries of the gravity-fed enclosed loading chutes 2 from the burning modules of the disposal unit (not shown) are located around the perimeter of the upper part of the housing 1 and have lower end edges protruding into the battery. Edges are the thresholds for the distribution of loose solid coolant in the trays 3 and pouring coolant on the open surface of the layer in parallel and at some distance from the wall of the TA. To equalize the distribution of bulk solid coolant over the open surface of the layer, the trays 3a, 3b and 3c have different radial lengths. The upper end edges of the closed troughs are provided with fender shields 4 for forming a flow of free flowing solid heat carrier along the tray. Below the belt of placement of the closed grooves 2 along the perimeter of the housing 1, a collector 5 for supplying ventilation air is made. The lower conical part of the body (partially shown) ends with a typical valve for controlling the release of solid coolant to a consumer or consumers, for example, to a steam generator or to a biogasification gasification reactor, for example, steam reforming, to produce synthesis gas (not shown).

Число модулей выжигания в установке утилизации боеприпасов определяет количество закрытых желобов и компоновку установки в целом по круговой на фиг.3 или линейной схемам на фиг.4. При круговой компоновке модули 6 равномерно распределены по окружности вокруг корпуса 1 ТА. Каждый модуль 6 трубой 7 соединен с отдельным циклонным сепаратором 8 отходящих охлажденных продуктов сгорания. Продукты сгорания отводятся по трубам 9, соединенным на выходах с общим кольцевым коллектором 10. Спускные закрытые желоба 11 от сепараторов 8 всех модулей 6 соединены в центре над емкостью 1 ТА в общий центральный коллектор, имеющий свободный выход в центральную зону емкости ТА для загрузки отделенных в сепараторах твердых теплоносителей. Закрытые желоба 12 служат для отвода основной массы горячих твердых теплоносителей из модулей 6. Кольцевой коллектор 10 соединен с газоотводной трубой 13.The number of burnout modules in an ammunition disposal unit determines the number of gutters closed and the layout of the installation as a whole according to the circular in FIG. 3 or linear diagrams in FIG. 4. In a circular arrangement, the modules 6 are evenly distributed around the circumference around the housing 1 TA. Each module 6 is connected by a pipe 7 to a separate cyclone separator 8 of exhaust chilled combustion products. Combustion products are discharged through pipes 9 connected at the outputs to a common annular collector 10. Closed drain gutters 11 from separators 8 of all modules 6 are connected centrally above the 1 TA tank to a common central collector having free access to the central zone of the TA tank for loading separated into solid heat separators. Closed grooves 12 are used to divert the bulk of the hot solid coolants from the modules 6. The annular manifold 10 is connected to the gas outlet pipe 13.

При линейной компоновке корпус 1 ТА выполняют в виде прямоугольно-клиновидной емкости с размещением модулей 6 вдоль длинных ее сторон.With a linear layout, the housing 1 TA is performed in the form of a rectangular-wedge-shaped container with the placement of modules 6 along its long sides.

При работе нагретый, например, до 800°С твердый теплоноситель по наклонным желобам поступает в верхнюю часть ТА с расходом около 0,2 кг/с из каждого модуля выжигания. Отбойные щитки 4 ограничивают поток по высоте и распределяют его полоткам 3а, 3б и 3в для ссыпания в полость ТА в определенной зоне для каждого лотка. Воздух вентилирования подают в коллектор 5 под лотками, так что воздушный поток проходит через завесу ссыпаемого твердого теплоносителя и вступает в химические реакция выжигания примесей. Продукты сгорания примесей удаляют через отводную трубу на крышке ТА (не показана).During operation, a solid heat carrier heated, for example, to 800 ° C, enters the upper part of the TA through inclined troughs with a flow rate of about 0.2 kg / s from each burning module. Fender flaps 4 limit the flow in height and distribute it to the webs 3a, 3b and 3c for pouring into the cavity TA in a certain area for each tray. Ventilation air is supplied to the collector 5 under the trays, so that the air flow passes through the curtain of the bulk solid coolant and enters the chemical reaction of burning impurities. The products of combustion of impurities are removed through a bypass pipe on the lid TA (not shown).

Обеспечение непрерывного по времени поступления в ТА твердого теплоносителя в условиях периодического проведения операций выгрузки пустых корпусов и установки новых боеприпасов осуществляют путем подключения дополнительных модулей выжигания. Например, для непрерывной загрузки в аккумулятор тепла около 2 кг/с твердого теплоносителя при паузах для операции «выгрузки-установки» боеприпасов на каждом модуле общей продолжительностью 16,6 с, будет необходимо иметь два дополнительных модуля выжигания к 10 имеющимся модулям. Тогда 12 модулей выжигания с полным циклом 116,6 с каждый будут обеспечивать непрерывную загрузку ТА с суммарной наработкой 1000 с и с предельными вероятностями поступления зернистого материала в аккумулятор тепла от 0 кг/с (Р=6,72·10^-11) (на всех модулях выполняются операции выгрузки-установки) и до максимального поступления материала в аккумулятор тепла (все модули работают) 12·0,2=2,4 кг/с (Р=0,1569). Значения вероятностей для системы с 12 модулями были получены из условия вероятностей пауз для единичных модулей Р₁₀=16,6/116,6=0,142 и работы Р₁₁=100/116,6=0,857. Продолжительность полной паузы в предельном случае будет достигать 16 с. Для компенсации потребности выпуска зернистого материала в выходной теплообменник в течение этого времени необходимо иметь резервный запас зернистого материала в аккумуляторе, по меньшей мере, Q_рез=t_в-з-q_ак=16·2,0=32 кг. С учетом коэффициента запаса этот резерв, например, принимают Q_рез=200 кг или 0,08 м³ или при свободной засыпке с учетом порозности ε=0,35 объем твердого теплоносителя в аккумуляторе тепла составит 0,133 м³.Ensuring continuous on-time receipt of solid coolant in the TA in the conditions of periodic unloading of empty casings and the installation of new ammunition is carried out by connecting additional burning modules. For example, for continuous loading of heat of about 2 kg / s of solid heat carrier into the accumulator during pauses for the “unloading-installation” operation of ammunition on each module with a total duration of 16.6 s, it will be necessary to have two additional burning modules to 10 available modules. Then 12 burning modules with a full cycle of 116.6 s each will provide continuous loading of TA with a total operating time of 1000 s and with limit probabilities of the arrival of granular material into the heat accumulator from 0 kg / s (P = 6.72 · 10 ^-11 ) (on all modules perform unloading and installation operations) and up to the maximum receipt of material in the heat accumulator (all modules work) 12 · 0.2 = 2.4 kg / s (P = 0.1569). The probabilities for a system with 12 modules were obtained from the condition for the probabilities of pauses for unit modules P ₁₀ = 16.6 / 116.6 = 0.142 and work P ₁₁ = 100 / 116.6 = 0.857. The duration of a full pause in the extreme case will reach 16 s. To compensate for the need for the release of granular material into the exhaust heat exchanger during this time, it is necessary to have a reserve supply of granular material in the battery, at least Q _res = t _in-s -q _ak = 16 · 2.0 = 32 kg. Taking into account the safety factor, this reserve, for example, takes Q _rez = 200 kg or 0.08 m ³ or, with free backfill taking into account porosity ε = 0.35, the volume of solid coolant in the heat accumulator will be 0.133 m ³ .

Эту засыпку размещают в цилиндроконической емкости диаметром 1,0 м и высотой 0 75 м. Поступление зернистого материала от 12 модулей осуществляют по 12 наклонным желобам в 12 точках по окружности емкости. Для ссыпания зернистого материала от одного модуля выжигания используют 26,1 см периметра емкости, что при объемном расходе зернистого материала 80 см³/c дает начальную толщину слоя на лотке 4,7 см с учетом порозности слоя ε=0,35.This filling is placed in a cylinder-conical tank with a diameter of 1.0 m and a height of 0 75 m. The intake of granular material from 12 modules is carried out by 12 inclined grooves at 12 points around the circumference of the tank. To sprinkle granular material from one burning module, 26.1 cm of the perimeter of the container is used, which, when the volume flow of granular material is 80 cm ³ / s, gives the initial layer thickness on the tray of 4.7 cm, taking into account the porosity of the layer ε = 0.35.

Высота падения сыпучего твердого теплоносителя выбрана из условий снижения механического разрушения частиц при ударе. При высоте падения 0,1 м и плотной компоновке установки выжигания с разностью высот выхода сыпучего твердого теплоносителя из модуля выжигания и ссыпания с лотка в ТА 0,3-0,4 м скорость соударения с учетом трения частиц о наклонный желоб ориентировочно составит 2-3 м/с. Оценки по распределению Вейбулла разрушения твердых частиц типа оксида алюминия в плотном потоке при таких скоростях показали очень малую долю разрушенных частиц (Salman A.D., Reynolds O.K., Hounslou М. Particle impact breakage in particulate processing // KONA, 2003, №21, pp.88-99).The drop height of the bulk solid coolant is selected from the conditions for reducing the mechanical destruction of particles upon impact. With a fall height of 0.1 m and a dense arrangement of a burnout unit with a difference in the heights of the exit of bulk solid coolant from the burnout module and pouring 0.3-0.4 m from the tray into the TA, the impact velocity, taking into account the friction of particles on an inclined trough, will be approximately 2-3 m / s Estimates of the Weibull distribution of the destruction of solid particles such as alumina in a dense flow at these speeds showed a very small fraction of the destroyed particles (Salman AD, Reynolds OK, Hounslou M. Particle impact breakage in particulate processing // KONA, 2003, No. 21, pp. 88 -99).

Вентилирование свободного пространства в верхней части емкости воздухом, подаваемым через ряд отверстий под лотками, обеспечивает выжигание примесей. Поскольку не ожидается большого количества нагара вследствие работы модулей выжигания с избытком воздуха на конечной стадии и контакта зернистого материала с воздухом при движении по спускным трубам (желобам), то замена фильтрационного процесса очистки зернистого материала от нагара на вентиляционный процесс будет экономически эффективной в результате снижения расхода воздуха и потерь тепла. Коническая или прямоугольно-клиновидная нижняя часть ТА обеспечивают истечение твердого теплоносителя без застойных зон и с гомогенизацией температуры.Ventilating the free space in the upper part of the tank with air supplied through a series of holes under the trays ensures the burning of impurities. Since a large amount of soot is not expected due to the operation of burning modules with excess air at the final stage and contact of the granular material with air when moving through downpipes (gutters), replacing the filtering process for cleaning granular material from soot with a ventilation process will be cost-effective as a result of reducing consumption air and heat loss. The conical or rectangular-wedge-shaped lower part of the TA ensures the flow of solid coolant without stagnant zones and with temperature homogenization.

Применительно к рассматриваемой конструкции цилиндроконического аккумулятора тепла с диаметром цилиндрической части 1 м и высотой 0,25 м при высоте конической части 0,5 м (общий объем 0,326 м³) получена площадь поверхности 3,47 м². В качестве теплоизоляции в первом приближении принята магнезия в виде слоя толщиной 0,1 м с коэффициентом теплопроводности λ=0,0814 Вт/м К. Расчеты потерь для температуры внутри аккумулятора тепла 800°С при температуре окружающего воздуха 20°С показали тепловые потери на уровне 20,8 кВт при общей тепловой мощности установки выжигания 2800 кВт.With regard to the design of the cylinder-conical heat accumulator under consideration with a cylindrical part diameter of 1 m and a height of 0.25 m with a conical part height of 0.5 m (total volume 0.326 m ³ ), a surface area of 3.47 m ^{2 is} obtained. As a thermal insulation, to a first approximation, magnesia was adopted in the form of a layer 0.1 m thick with a thermal conductivity coefficient λ = 0.0814 W / m K. Loss calculations for the temperature inside the heat accumulator 800 ° C at an ambient temperature of 20 ° C showed heat losses at level of 20.8 kW with a total thermal power of the burner installation of 2800 kW.

Нижняя коническая или клинообразная часть ТА обеспечивает гомогенизацию сыпучего твердого теплоносителя при истечении. Вывод сделан на основании исследования гидродинамики и процесса усреднения высококонцентрированной гранулированной хорошо сыпучей среды в вертикальном сужающемся канале на основе модели степенной жидкости. Принятая модель содержала независимый эмпирический коэффициент, учитывающий скольжение частиц по твердой поверхности. Достоверность предложенной модели была проверена сопоставлением расчетного распределения скорости среды с опытными данными. (Шваб А.В., Марценко М.С. Исследование движения плотного слоя гранулированной среды и процесса смешения в сужающемся канале // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 2010, №4(12), с.123-130.)The lower conical or wedge-shaped part of the TA ensures the homogenization of the free flowing solid coolant upon expiration. The conclusion is drawn on the basis of the study of hydrodynamics and the averaging process of a highly concentrated granular well-flowing medium in a vertical tapering channel based on a power-fluid model. The adopted model contained an independent empirical coefficient that takes into account the sliding of particles on a solid surface. The reliability of the proposed model was verified by comparing the calculated distribution of the velocity of the medium with the experimental data. (Shvab A.V., Martsenko M.S. Study of the motion of a dense layer of a granular medium and the mixing process in a tapering channel // Tomsk State University Bulletin. Mathematics and Mechanics, 2010, No. 4 (12), pp. 123-130.)

Управление процессом выпуска потока твердого теплоносителя в спускной желоб потребителя осуществляют при помощи сводообрушителей, затворов и питателей. Кроме того, сводообрушители изменяют свойства груза в зоне выпуска, что способствует обеспечению заданной производительности выгрузки, подавлению процесса сегрегации груза, частичному восстановлению сыпучести слежавшегося материала (Горюшинский И.В., Кононов И.И., Денисов В.В., Горюшинская Е.В., Петрушкин Н.В. Емкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах // Учебное пособие. Самарская государственная академия путей сообщения. Самара. 2003. - 232 с.).The process of discharging the flow of solid coolant into the consumer chute is carried out using shredders, gates and feeders. In addition, the shredders change the properties of the cargo in the release zone, which helps to ensure a given discharge performance, suppresses the cargo segregation process, partially restores the flowability of caked material (Goryushinsky IV, Kononov II, Denisov VV, Goryushinskaya E. V., Petrushkin N.V. Tanks for bulk cargo in transport-cargo systems // Textbook. Samara State Academy of Railways. Samara. 2003. - 232 S.).

Возвращаемый от потребителя охлажденный твердый теплоноситель, например с температурой 400°С, из бункера-накопителя (не показан) поднимают в бункер-питатель (не показан) установки выжигания с помощью механического ковшового элеватора, рассчитанного на работу при повышенных температурах.The cooled solid heat carrier returned from the consumer, for example, at a temperature of 400 ° C, is lifted from the storage hopper (not shown) to the burning hopper (not shown) by a burning unit using a mechanical bucket elevator designed for operation at elevated temperatures.

Claims

Способ накопления и хранения высокопотенциальной тепловой энергии, включающий переменную по времени загрузку самотеком циркулирующего нагретого сыпучего твердого теплоносителя от источника тепла в тепловой аккумулятор в виде теплоизолированной емкости, накопление в ней резервного запаса нагретого сыпучего твердого теплоносителя и выпуск потока сыпучего твердого теплоносителя с постоянным расходом самотеком под действием гравитации потребителю, отличающийся тем, что высокопотенциальную тепловую энергию получают от источников тепла в виде модулей выжигания в установке утилизации боеприпасов, сообщенных с одним групповым тепловым аккумулятором, переменную загрузку нагретого теплоносителя осуществляют самотеком по закрытым желобам отдельно от каждого модуля выжигания из группы, закрытые желоба размещают по периметру емкости, поступающий сыпучий твердый теплоноситель распределяют по сечению емкости с помощью наклонных лотков различной радиальной длины с высотой падения ссыпаемого сыпучего твердого теплоносителя не более 10 см, выжигают остатки горючего на ссыпающихся вниз частицах сыпучего твердого теплоносителя подводимым по периметру емкости воздухом вентилирования, выравнивают температуру сыпучего твердого теплоносителя путем пропускания через сходящуюся выходную часть емкости при выпуске в преобразователь тепловой энергии потребителя, возвращаемый потребителем охлажденный циркулирующий сыпучий твердый теплоноситель поднимают в бункер-питатель установки утилизации с помощью механического элеватора. A method of accumulating and storing high-potential thermal energy, including a time-variable loading by gravity of a circulating heated free-flowing solid heat carrier from a heat source into a heat accumulator in the form of a heat-insulated tank, accumulating a reserve stock of a heated free-flowing solid heat carrier in it, and discharging a flow of free-flowing solid coolant with a constant flow by gravity under the action of gravity to the consumer, characterized in that high-potential thermal energy is obtained from sources of burning in the form of burning modules in an ammunition disposal unit communicated with one group heat accumulator, the heated coolant is loaded alternately by gravity along closed gutters separately from each burning module from the group, closed gutters are placed around the tank’s perimeter, incoming solid solid coolant is distributed along the tank’s cross-section with using inclined trays of various radial lengths with a drop height of the poured loose solid coolant not more than 10 cm, the remaining fuel is burned to the ss the particles of granular solid coolant that are poured downward, ventilating air supplied along the perimeter of the tank, equalize the temperature of the bulk solid coolant by passing through the converging output part of the tank when it is discharged into the consumer’s thermal energy, the cooled circulating bulk solid coolant returned by the consumer is lifted into the bunker-feeder of the recycling plant using a mechanical elevator.