RU2636740C1 - Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation - Google Patents
Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2636740C1 RU2636740C1 RU2016152652A RU2016152652A RU2636740C1 RU 2636740 C1 RU2636740 C1 RU 2636740C1 RU 2016152652 A RU2016152652 A RU 2016152652A RU 2016152652 A RU2016152652 A RU 2016152652A RU 2636740 C1 RU2636740 C1 RU 2636740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- suspension
- water
- slurry
- electrode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике (топливо), реологии (вязкость) и коллоидной химии (седиментация, радиус частиц). Используется для получения седиментационно устойчивой и пригодной для сжигания в топках котлов водоугольной суспензии.The invention relates to energy (fuel), rheology (viscosity) and colloid chemistry (sedimentation, particle radius). It is used to obtain sedimentation-stable and suitable for burning in the boiler furnaces water-coal suspension.
На сегодняшний день существует много промышленных способов получения водоугольной суспензии (ВУС), но почти все они требуют использования реагента-пластификатора для обеспечения особых характеристик: низкой вязкости, хорошей текучести, длительной стабильности взвешенных частиц угля.Today, there are many industrial methods for producing a water-coal slurry (HUS), but almost all of them require the use of a plasticizing agent to provide special characteristics: low viscosity, good fluidity, and long-term stability of suspended coal particles.
Известна технология производства ВУС, заключающаяся в предварительном дроблении, обычно до фракции 10…12 мм; мокром помоле, обычно до фракции <100…150 мкм и гомогенизации (см. Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Мурко В.И., Нехороший И.Х. Производство и использование водоугольного топлива. - М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. - 172 с.).Known technology for the production of WCS, which consists in preliminary crushing, usually to a fraction of 10 ... 12 mm; wet grinding, usually up to a fraction <100 ... 150 microns and homogenization (see Zaydenvarg V.E., Trubetskoy K.N., Murko V.I., Nekhoroshiy I.Kh. Production and use of coal-water fuel. - M.: Publishing House - at the Academy of Mining Sciences, 2001. - 172 p.).
Недостатками известной технологии являются: энерго- и металлозатратность, при этом топливо обладает рядом недостатков: устойчивость топливной системы всего от 20 до 60 суток, основные размеры твердых частиц лежат в диапазоне 60-250 мкм, технологические схемы для создания бимодальной структуры топлива усложняют производство и увеличивают стоимость ВУС.The disadvantages of the known technology are: energy and metal costs, while the fuel has several disadvantages: the stability of the fuel system is only 20 to 60 days, the main dimensions of the solid particles are in the range of 60-250 microns, technological schemes for creating a bimodal fuel structure complicate the production and increase the cost of VUS.
Оборудованием для мокрого помола до сегодняшнего дня были специально спроектированные вибромельницы различных модификаций, где помол угля осуществляется мелющими телами (шарами, стержнями) в присутствии воды. На сегодняшний день рынок вибромельниц для мокрого помола весьма ограничен единичными моделями. В РФ это в основном мельницы типа ВМ-200 и ВМ-400 производительностью по эталонному продукту до 2,5 т/ч (до 500 мкм), по ВУС - не более 1,5 т/ч (см. Овчинников Ю.В., Лученко С.В., Новые технологии и научно-технические разработки в энергетике, Искусственное композиционное жидкое топливо и его приготовление // Энергетика Татарстана, 2008 г., №4, с. 11-14).Until today, equipment for wet grinding has been specially designed vibratory mills of various modifications, where the grinding of coal is carried out by grinding bodies (balls, rods) in the presence of water. To date, the market for wet mills is very limited to single models. In the Russian Federation, these are mainly mills of the VM-200 and VM-400 type with a productivity of up to 2.5 t / h (up to 500 μm) for a reference product, and no more than 1.5 t / h for HSS (see Ovchinnikov Yu.V. , Luchenko SV, New technologies and scientific and technical developments in the energy sector, Artificial composite liquid fuel and its preparation // Energy of Tatarstan, 2008, No. 4, pp. 11-14).
Основными недостатками вибромельниц являются высокие энергозатраты на приготовление ВУС.The main disadvantages of vibratory mills are the high energy consumption for the preparation of WCS.
Известно использование методов кавитационной обработки водоугольной суспензии для приготовления ВУС (КаВУТ) без применения химических добавок. Кавитация (от лат. cavitas - пустота), образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Однако, химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большим давлением, возникающим при схлопывании пузырьков и воздействующим на поверхности указанных материалов (см. Серант Ф.А., Цепенок А.И., Овчинников Ю.В., Луценко С.В., Карпов Е.Г., Приготовление водоугольного топлива и технологии его сжигания, Сборник научных статей, Современная наука №1(6) 2011).It is known to use the methods of cavitation treatment of a coal-water slurry for the preparation of WCS (KaWUT) without the use of chemical additives. Cavitation (from lat. Cavitas - void), the formation in the droplet liquid of cavities filled with gas, steam or a mixture of them (the so-called cavitation bubbles, or caverns). However, the chemical aggressiveness of gases in bubbles, which also have a high temperature, causes erosion of materials that come into contact with the liquid in which cavitation develops. This erosion is one of the factors of the harmful effects of cavitation. The second factor is due to the high pressure that occurs when the bubbles collapse and acts on the surface of these materials (see Serant F.A., Tsepenok A.I., Ovchinnikov Yu.V., Lutsenko S.V., Karpov E.G., Preparation water-carbon fuel and technologies for its combustion, Collection of scientific articles, Modern science No. 1 (6) 2011).
Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение рабочих органов насосов, гидротурбин и т.п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов. Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла.Cavitation erosion of metals causes the destruction of the working bodies of pumps, hydraulic turbines, etc., cavitation is also the cause of noise, vibration and reduce the efficiency of hydraulic units. The collapse of cavitation bubbles leads to the fact that the energy of the surrounding fluid is concentrated in very small volumes. Thus, places of elevated temperature are formed and shock waves arise, which are sources of noise and lead to erosion of the metal.
Известно устройство для тонкого диспергирования и эмульгирования, ("роторно-пульсационный аппарат" (РПА)), включающее корпус, внутри которого по входному центрально-осевому патрубку подается подлежащая обработке среда. Ротор и статор в таком устройстве перфорированы и установлены коаксиально с небольшим зазором. Выход подвергающегося обработке продукта осуществляется в радиальном направлении через перфорации в рабочих органах. Процесс обработки осуществляется в узких зазорах между поверхностями ротора и статора. Для повышения эффективности обработки и осуществления подачи среды в зону обработки на валу ротора установлены лопасти. Такой аппарат позволяет осуществлять диспергирование и эмульгирование гетерогенных сред (см. патент №2124935 RU, МПК B01F 5/06, B01F 7/10, опубл. 20.01.1999 г.).A device for fine dispersion and emulsification, ("rotary pulsation apparatus" (RPA)), comprising a housing, inside which the medium to be processed is fed through an input central-axial nozzle. The rotor and stator in such a device are perforated and mounted coaxially with a small gap. The output of the product being processed is carried out in the radial direction through perforations in the working bodies. The processing process is carried out in narrow gaps between the surfaces of the rotor and stator. To increase the efficiency of processing and the supply of medium to the treatment zone, blades are installed on the rotor shaft. Such an apparatus allows the dispersion and emulsification of heterogeneous media (see patent No. 2144935 RU, IPC
К основным недостаткам данного устройства относятся: при воздействии на обрабатываемую среду "сдвиговыми" напряжениями в зазорах между поверхностями ротора и статора создается большое гидравлическое сопротивление системы, что влечет за собой большой расход энергии привода вращения ротора и износ рабочих органов, что приводит к снижению производительности обработки среды. Наличие малых зазоров между элементами ротора и статора в том случае, когда таких элементов несколько, не позволяет реализовать резонансный режим работы по гидроударному воздействию на обрабатываемую среду.The main disadvantages of this device include: when exposed to shear stresses in the gaps in the gaps between the surfaces of the rotor and the stator, a large hydraulic resistance of the system is created, which entails a large consumption of energy of the rotor rotation drive and wear of the working bodies, which leads to a decrease in processing performance Wednesday. The presence of small gaps between the elements of the rotor and the stator in the case when there are several such elements does not allow to realize a resonant mode of operation for hydroshock impact on the medium being treated.
Известно, что при электрогидравлическом способе (ЭГ) формирование канала разряда и соответственно ударной волны происходит в окружающей твердое тело жидкости, т.е. ударная волна воздействует на материал с поверхности, создавая в нем в основном сжимающие усилия. Такой вид воздействия является энергоемким процессом, т.к. прочность всех твердых тел на сжатие на порядок выше, чем при растяжении или сдвиге, и требует достаточно высоких энергий единичного импульса. Так ориентировочные параметры высоковольтного импульса при электрогидравлическом разрушении составляют: энергия импульса от 10 до 100 кДж, амплитуда импульса напряжения ~50 кВ, время задержки пробоя составляет 50-100 мкс. Жидкость является средой, передающей давление от канала разряда к твердому телу. Этот процесс также сопровождается потерей энергии (см. А.Г. Морозов, Н.В. Коренюгина. Гидроударные технологии для получения водоугольного топлива, Новости теплоснабжения, №7 (июль 2010 г.).It is known that in the electro-hydraulic method (EG), the formation of a discharge channel and, accordingly, a shock wave occurs in a liquid surrounding a solid, i.e. The shock wave acts on the material from the surface, creating mainly compressive forces in it. This type of exposure is an energy-intensive process, because the compressive strength of all solids is an order of magnitude higher than under tension or shear, and requires sufficiently high energies of a single pulse. So, the approximate parameters of a high-voltage pulse during electro-hydraulic failure are: pulse energy from 10 to 100 kJ, voltage pulse amplitude ~ 50 kV, breakdown delay time is 50-100 μs. A fluid is a medium that transfers pressure from a discharge channel to a solid. This process is also accompanied by energy loss (see A.G. Morozov, N.V. Korenyugina. Hydroshock technologies for producing coal-water fuel, Heat Supply News, No. 7 (July 2010).
Недостатком известного способа является быстрый выход из строя изоляции высоковольтного электрода, особенно той части, которая находится непосредственно в зоне разрушения и испытывает те же давления, что и разрушаемый материал, и соответствующие импульсы высокого напряжения. Обычно эти проблемы решаются путем смены высоковольтных электродов. Достаточно большой проблемой (это относится ко всем электрофизическим методам) является электрическая и механическая (при разрушений абразивных материалов) эрозия электродов. Так при длительной непрерывной работе за счет электрической эрозии выходят из строя как высоковольтные, так и заземленные электроды, используемые как классификаторы готового продукта.The disadvantage of this method is the rapid failure of the insulation of the high-voltage electrode, especially the part that is located directly in the fracture zone and experiences the same pressures as the material being destroyed, and the corresponding high-voltage pulses. Usually these problems are solved by changing high-voltage electrodes. A rather big problem (this applies to all electrophysical methods) is the electrical and mechanical (with the destruction of abrasive materials) erosion of the electrodes. So during prolonged continuous operation due to electrical erosion, both high-voltage and grounded electrodes fail, which are used as classifiers of the finished product.
Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки при использовании. Существенный недостаток большинства вышеизложенных способов заключается в использовании реагентов-пластификаторов и высоких энергозатратах.Each of these methods has its advantages and disadvantages when using. A significant drawback of most of the above methods is the use of plasticizer reagents and high energy consumption.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения углеродных наноматериалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы и установка для его осуществления, который предусматривает нагрев угля в камере совмещенного плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы с формированием вращающейся электрической дуги в поперечном сечении реактора. Для нагрева в поперечном сечении камеры реактора получают полный профиль температур от 2800 до 4500°С с помощью вращающейся электрической дуги, проводят совмещенный процесс газификации и активирования угля в камере совмещенного Плазменного реактора, где образуется мелкодисперсная сажа, а также водоугольная суспензия на водоохлаждаемой стенке скруббера, содержащие углеродные наноматериалы.The closest technical solution to the present invention is a method for producing carbon nanomaterials using the energy of low-temperature plasma and an installation for its implementation, which involves heating coal in the chamber of a combined plasma reactor in a stream of high-concentration low-temperature plasma with the formation of a rotating electric arc in the cross section of the reactor. For heating in the cross-section of the reactor chamber, a complete temperature profile is obtained from 2800 to 4500 ° C using a rotating electric arc, a combined process of gasification and activation of coal is carried out in the chamber of the combined plasma reactor, where fine soot is formed, as well as a water-carbon suspension on the water-cooled wall of the scrubber, containing carbon nanomaterials.
Установка представляет собой плазменный реактор для получения синтез-газа, активированного угля, углеродных наноматериалов и водоугольной суспензии с выполненными из графита цилиндрическим анодом и стержневым катодом. В средней части плазменного реактора снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, узел подачи угля, камеру разделения, при этом за плазменным реактором последовательно установлены камера муфеля, камера разделения, скруббер предварительной (очистки с возможностью образования водоугольной суспензии, а также углеродных наноматериалов (см. пат. №2488984, МПК Н05Н 1/00, В28В 1/00, RU, опубл. 27.07.2013 г.).The installation is a plasma reactor for producing synthesis gas, activated carbon, carbon nanomaterials and a water-coal suspension with a cylindrical anode and a rod cathode made of graphite. In the middle part of the plasma reactor, an electromagnetic coil is installed outside to form a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, a coal supply unit, a separation chamber, while a muffle chamber, a separation chamber, a preliminary scrubber (cleaning with the formation of a water-coal suspension, as well as carbon nanomaterials (see US Pat. No. 2488984, IPC Н05Н 1/00, ВВВ 1/00, RU, publ. 07.27.2013).
Недостатком известного способа и установки является то, что водоугольная суспензия не является целевым продуктом и получается в малых объемах с низкой концентрацией угля.The disadvantage of this method and installation is that the water-carbon suspension is not the target product and is obtained in small volumes with a low concentration of coal.
Заявляемая группа изобретений направлена на решение единой задачи, заключающейся в создании комплексной малогабаритной установки для получения седиментационно устойчивой и пригодной для сжигания в топках котлов ВУС.The claimed group of inventions is aimed at solving a single problem, which consists in creating a comprehensive small-sized installation to obtain sedimentation-stable and suitable for combustion in the furnaces of boilers VUS.
Технический результат заявляемой группы изобретений - получение ВУС с помощью электроразрядного метода при низких энергозатратах и без применения пластификаторов с максимальной энергоэффективностью и минимальными затратами, без применения химических добавок.The technical result of the claimed group of inventions is to obtain a WCS using the electric discharge method at low energy consumption and without the use of plasticizers with maximum energy efficiency and minimum cost, without the use of chemical additives.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе получения водоугольной суспензии, предусматривающем получение водоугольной суспензии с возможностью применения на объектах энергетики, согласно изобретению, водоугольную суспензию получают путем электро- и термоактивации мелкодисперсных частиц угля в суспензии электрическим разрядом по всему объему емкости с возможностью достижения агрегативной и седиментационной устойчивости суспензии за период обработки, во всем объеме емкости получают электрический разряд между вращающимся электродом, который служит катодом, и внутренней поверхности корпуса емкости, которая служит анодом, при этом во всем объеме емкости получают удельное энергопотребление от 0,4 до 0,6 кВт*ч/кг при температуре от 273 до 393 K с помощью электротермического воздействия тока на частицы угля в суспензии, с выделением газов СН4, Н2 и СО и с возможностью интенсифицирования процесса сжигания суспензии на энергетических объектах, в результате чего образуются нитевидные каналы электрического разряда между электродом и корпусом емкости, которые проходят по поверхности частиц угля и через ионизированную воду, а нитевидные каналы равномерно распределяются в суспензии, причем зона распределения каналов перемещается вместе с вращением электрода.To achieve the technical result provided by the invention in a method for producing a water-coal suspension, which provides for obtaining a water-coal suspension with the possibility of application at power facilities, according to the invention, a water-coal suspension is obtained by electro-and thermal activation of finely dispersed coal particles in a suspension by electric discharge throughout the entire volume of the tank with the possibility of achieving aggregative and sedimentation stability of the suspension during the treatment period, in the entire volume of the tank receive electric the discharge between the rotating electrode, which serves as the cathode, and the inner surface of the container body, which serves as the anode, while in the entire volume of the container specific energy consumption from 0.4 to 0.6 kW * h / kg is obtained at a temperature of from 273 to 393 K s by means of the electrothermal action of current on coal particles in suspension, with the release of CH 4 , H 2 and CO gases and with the possibility of intensifying the process of burning the suspension at energy facilities, as a result of which filamentous channels of electric discharge are formed between the electrode and the housing m containers that pass along the surface of coal particles and through ionized water, and the filiform channels are evenly distributed in the suspension, and the channel distribution zone moves with the rotation of the electrode.
Для реализации предложенного способа в предлагаемой установке, которая содержит емкость с суспензией и выполнена в виде бака из стали, электрод, выполненный из стали в виде сферической формы и установлен внутри емкости с возможностью вращения, закреплен на оси электродвигателя, подключенного к лабораторному автотрансформатору, при этом все части установки расположены внутри стальной рамы.To implement the proposed method in the proposed installation, which contains a container with a suspension and made in the form of a tank of steel, an electrode made of steel in the form of a spherical shape and mounted inside the tank with the possibility of rotation, is mounted on the axis of an electric motor connected to a laboratory autotransformer, while all parts of the installation are located inside the steel frame.
Использование электрического разряда в предлагаемой установке в виде гетерогенной системы вода - порошковый уголь для уменьшения коагуляции (слипания) и размеров частиц за счет термодеструкции угля с возможностью сделать систему седиментационно устойчивой, а также улучшения экологических показателей при сжигании за счет снижения процентного содержания оксидов серы и азота, согласно предлагаемому способу получения водоугольной суспензии в результате прохождения электроразрядных каналов через частицы угля происходит их нагрев в диапазоне от 293 до 373 K, сопровождающийся термодеструкцией и выходом летучих газов, а также ионизация воды в суспензии и увеличение ее электрической проводимости.The use of an electric discharge in the proposed installation in the form of a heterogeneous water - powder coal system to reduce coagulation (sticking) and particle sizes due to thermal decomposition of coal with the ability to make the system sedimentation stable, as well as improve environmental performance during combustion by reducing the percentage of sulfur and nitrogen oxides , according to the proposed method for producing a water-coal suspension as a result of the passage of electric discharge channels through coal particles, they are heated in dia a range from 293 to 373 K, accompanied by thermal degradation and the release of volatile gases, as well as the ionization of water in suspension and an increase in its electrical conductivity.
В результате экспериментальных исследований установлено, что при режиме работы установки для получения водоугольной суспензии, соответствующем температуре в суспензии ниже 293 K, процессы активации частиц угля не протекают. В свою очередь, при температуре выше 373 K происходит выкипание воды суспензии, что также является негативным эффектом, приводящим к увеличению вязкости системы.As a result of experimental studies, it was found that during the operation of the installation to obtain a water-carbon suspension corresponding to a temperature in the suspension below 293 K, the processes of activation of coal particles do not proceed. In turn, at a temperature above 373 K, the suspension water boils away, which is also a negative effect, leading to an increase in the viscosity of the system.
Оптимальное удельное энергопотребление установки выбрано в соответствии с электрофизическими характеристиками частиц угля и воды в суспензии для предотвращения резких увеличений тока и составляет 0,4-0,6 кВт*ч/кг.The optimal specific energy consumption of the installation is selected in accordance with the electrophysical characteristics of the coal and water particles in suspension to prevent sudden increases in current and is 0.4-0.6 kW * h / kg.
Экспериментально установлено, что при удельном энергопотреблении меньше 0,4 кВт*ч/кг, процессы активации угля не происходят, а при удельном энергопотреблении выше 0,6 кВт*ч/кг происходит выкипание воды суспензии в емкости.It has been experimentally established that with a specific energy consumption of less than 0.4 kW * h / kg, coal activation processes do not occur, and with a specific energy consumption of more than 0.6 kW * h / kg, suspension water boils off in a tank.
Отличительной особенностью заявляемой группы изобретений, а именно способа получения водоугольной суспензии, является использование механизма термодеструкции частиц угля в ВУС при ее электроразрядной обработке для получения агрегативно устойчивой системы с минимальными энергозатратами. Данная технология в отличие от существующих дает возможность получать водоугольные суспензии (включая и наноразмерные частицы), сохраняя экологический баланс природы.A distinctive feature of the claimed group of inventions, namely, a method for producing a water-coal suspension, is the use of the mechanism of thermal decomposition of coal particles in the WCS with its electric discharge treatment to obtain an aggregatively stable system with minimal energy consumption. This technology, unlike the existing ones, makes it possible to obtain water-coal suspensions (including nanosized particles), while maintaining the ecological balance of nature.
Отличительными конструктивными признаками установки для получения водоугольной суспензии являются:Distinctive design features of the installation for producing a water-coal suspension are:
- установка автотрансформатора и его подключение к корпусу, который служит анодом, и сферическому электроду, который выполняет роль катода, для подачи напряжения в объем суспензии, что позволяет создавать электрические разряды между сферическим электродом и корпусом для равномерной обработки суспензии;- installation of an autotransformer and its connection to the casing, which serves as the anode, and the spherical electrode, which acts as a cathode, to supply voltage to the volume of the suspension, which allows you to create electrical discharges between the spherical electrode and the casing for uniform processing of the suspension;
- выполнение электрода из стали в виде сферической формы, установленного внутри емкости и закрепленного на оси электродвигателя, позволяет проводить одновременно процессы механического перемешивания и электроразрядной обработки суспензии;- the implementation of the steel electrode in the form of a spherical shape, mounted inside the tank and fixed on the axis of the electric motor, allows simultaneous processes of mechanical mixing and electric discharge processing of the suspension;
- установка электродвигателя, питаемого лабораторным автотрансформатором и соединенным с электродом, под крышкой электроразрядной установки, что обеспечивает постоянное перемешивание суспензии.- installation of an electric motor, powered by a laboratory autotransformer and connected to the electrode, under the cover of an electric discharge installation, which ensures constant mixing of the suspension.
Таким образом, реализация заявленной группы изобретений позволяет создать малогабаритную установку для получения водоугольной суспензии из углей различных месторождений Республики Бурятия: Окино-Ключевского, Тугнуйского и Адуун-Чулунского (Монголия).Thus, the implementation of the claimed group of inventions makes it possible to create a small-sized plant for producing a water-coal suspension from coals of various deposits of the Republic of Buryatia: Okino-Klyuchevsky, Tugnuysky and Aduun-Chulunsky (Mongolia).
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретений, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ получения водоугольной суспензии предназначен для использования в другом заявленном объекте группы - установке с заявленной совокупностью конструктивных признаков, при этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.The claimed group of inventions meets the requirement of the unity of inventions, since the group of diverse inventions forms a single inventive concept, moreover, one of the claimed objects of the group — a method for producing a water-coal suspension — is intended for use in another claimed object of the group — an installation with the claimed combination of design features, while both objects are aimed at solving the same problem with obtaining a single technical result.
Из уровня техники по научно-технической литературе и патентной документации заявителю не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым.From the prior art for scientific and technical literature and patent documentation, the applicant is not aware of technical solutions containing a combination of features similar or equivalent to those claimed.
Изобретение поясняется рисунками, графиками и фото: на фиг. 1 - изображена установка для получения водоугольной суспензии (ВУС); на фиг. 2 - изображена дифференциальная кривая распределения частиц ВУС после электроразрядной обработки; на фиг. 3 - изображена дифференциальная кривая распределения частиц ВУС до электроразрядной обработки; на фиг. 4 - изображено фото горения ВУС; на фиг. 5 - изображена схема протекания нитей электрического разряда через частицы угля суспензии; на фиг. 6 - изображена электрическая схема системы вода - порошковый уголь при протекании электрического разряда.The invention is illustrated by drawings, graphs and photos: in FIG. 1 - shows the installation for producing a water-coal suspension (WCS); in FIG. 2 - shows the differential curve of the distribution of the WCS particles after electric discharge treatment; in FIG. 3 - shows the differential curve of the distribution of the WCS particles before electric discharge treatment; in FIG. 4 - shows a photo of the combustion of the VUS; in FIG. 5 - shows a diagram of the flow of electric discharge filaments through particles of coal suspension; in FIG. 6 - shows an electrical diagram of a water-powder coal system during an electric discharge.
Способ получения водоугольной суспензии реализован в установке для получения ВУС, которая выполнена в виде комплексного малогабаритного устройства и состоит из емкости 1 с суспензией, выполненной в виде бака из стали, электрода 2, который установлен внутри емкости 1 с возможностью вращения и закреплен на оси электродвигателя 3, подключенного к лабораторному автотрансформатору 4 (ЛАТР). Корпус емкости 1 служит в качестве анода. Электрод 2 служит в качестве катода и выполнен из стали в виде сферической формы. Все части установки расположены внутри стальной рамы 5. Подача напряжения на емкость с суспензией и электрод 2 осуществляется с помощью автотрансформатора 6 (см. фиг. 1).A method of producing a water-coal suspension is implemented in a plant for producing a WCS, which is made in the form of a complex small-sized device and consists of a
Схема протекания нитей электрического разряда через частицы угля суспензии (см. фиг. 5) состоит из частицы угля 7, внутри которой имеется пора 8, траектории 9 движения канала разряда по поверхности частицы угля 7, траектории 10 движения канала разряда поры 8 внутри частицы угля 7, траектории 11 движения канала разряда внутри частицы угля 7.The flow diagram of the electric discharge filaments through the coal particles of the suspension (see Fig. 5) consists of a
Электрическая схема системы вода - порошковый уголь при протекании электрического разряда (см. фиг. 6) состоит из проводимости 12 воды - G1 и проводимости 13 частиц угля - G2.The electrical circuit of the water - powder coal system during an electric discharge (see Fig. 6) consists of a
Предлагаемый способ получения водоугольной суспензии заключается в образовании нитевидных каналов электрического разряда между электродом 2, выполненным в виде сферической формы, и корпусом емкости 1, проходящих по поверхности частиц угля и через ионизированную воду. Эти каналы равномерно распределяются в суспензии, при этом зона распределения каналов перемещается вместе с вращением электрода 2, выполненным в виде сферической формы.The proposed method for producing a water-coal suspension consists in the formation of filamentous channels of an electric discharge between the
Исходным сырьем для получения водоугольной суспензии являются вода и мелкодисперсный уголь фракцией не более 200 мкм. Ток в диапазоне от 1 до 30 А, в зависимости от марки исходного сырья, обеспечивает химическую и термическую активацию суспензии при температуре от 293 до 373 K и удельном энергопотреблении от 0,4 до 0,6 кВт*ч/кг с применением корпуса емкости 1 (см. фиг. 1), которая служит в качестве анода и электрода 2, который служит в качестве катода. Полученные данные показывают выделение газовой фазы в виде СН4, Н2, СО в результате электроразрядной обработки ВУС.The feedstock for obtaining a water-coal suspension are water and finely divided coal with a fraction of not more than 200 microns. A current in the range from 1 to 30 A, depending on the type of feedstock, provides chemical and thermal activation of the suspension at a temperature of 293 to 373 K and a specific energy consumption of 0.4 to 0.6 kW * h / kg using a tank case 1 (see Fig. 1), which serves as the anode and
С помощью программного комплекса TERRA для термодинамического анализа определен равновесный состав газовой фазы системы при моделировании процесса приготовления, воспламенения и сжигании ВУС из угля. При приготовлении объемные доли СН4 составляют от 0,9 при начальной температуре 293 K до 0,11 при конечной температуре 373K, для CO2 эти показания составляют от 0,01 до 0,08. Следует отметить резкий рост выделения Н2 от 0,1*10-4 до 0,15*10-3 объемных долей.Using the TERRA software package for thermodynamic analysis, the equilibrium composition of the gas phase of the system was determined when simulating the process of preparation, ignition, and combustion of WCS from coal. In preparation, the volume fractions of CH 4 are from 0.9 at an initial temperature of 293 K to 0.11 at a final temperature of 373 K, for CO 2 these readings are from 0.01 to 0.08. It should be noted a sharp increase in the allocation of H 2 from 0.1 * 10 -4 to 0.15 * 10 -3 volume fractions.
Воспламенение происходит при выделении Н2 в точке соответствующей 825 K, горение при выделении СО - 910 K, вследствие падения концентрации H2O и С.Ignition occurs when H 2 is released at a point corresponding to 825 K, combustion when CO is released is 910 K, due to a drop in the concentration of H 2 O and C.
Объемные доли при моделировании процесса сжигания ВУС в котле в диапазоне температур от 293K до 1350K для Н2 имеют резко возрастающий характер и составляют от 0,15*10-3 до 0,5. Для выделившегося СО эти показания равны 0,1*10-4 - 0,45 и имеют подобный характер. На основании полученных данных можно сказать, что выделяющаяся газовая фаза при электроактивации суспензии позволит интенсифицировать процесс ее сжигания на объектах энергетики.Volume fractions when simulating the process of combustion of WUS in a boiler in the temperature range from 293K to 1350K for Н 2 are sharply increasing and range from 0.15 * 10 -3 to 0.5. For the released CO, these readings are 0.1 * 10 -4 - 0.45 and have a similar character. Based on the data obtained, it can be said that the evolving gas phase during the electroactivation of the suspension will make it possible to intensify the process of its combustion at energy facilities.
Способ получения водоугольной суспензии, включающий малогабаритную установку для получения седиментационно устойчивой и пригодной для сжигания в топках котлов ВУС, осуществляют с помощью электроразрядного метода при низких энергозатратах и без применения пластификаторов с максимальной энергоэффективностью и минимальными затратами, без применения химических добавок.A method of producing a coal-water suspension, including a small-sized plant for obtaining sedimentation-stable and suitable for combustion in the furnaces of boilers VUS, is carried out using the electric discharge method at low energy consumption and without the use of plasticizers with maximum energy efficiency and minimum cost, without the use of chemical additives.
Пример, подтверждающий конкретное получение водоугольной суспензии.An example confirming the specific preparation of a water-coal suspension.
При проведении экспериментального исследования согласно способу получения водоугольной суспензии в емкость 1 засыпают угольную пыль, фракцией до 200 мкм, перемешивают с водой и затем полученную смесь обрабатывают электрическим током. После подачи напряжения протекает процесс) электроразрядной обработки смеси при переменном токе, в процессе чего наблюдалось выделение газов (см. фиг. 1). Электрический разряд проходит между электродом 2, который служит катодом, и корпусом емкости 1, которая выполняет роль анода. Для равномерной электроразрядной обработки ВУС электрод 2 выполнен в виде сферической формы, установлен на оси электродвигателя 3 с возможностью вращения.When conducting an experimental study according to the method for producing a water-carbon suspension, coal dust is poured into a
Согласно способу получения водоугольной суспензии в результате прохождения электроразрядных каналов через частицы 7 угля происходит их нагрев, сопровождающийся термодеструкцией и выходом летучих газов. В течении электроразрядной обработки происходит ионизация воды в суспензии и увеличение ее электрической проводимости. Электрическая схема системы вода - порошковый уголь (см. фиг. 6) при протекании электрического разряда представляет из себя параллельно соединенные проводимости частиц угля 7 - G2 и воды - G1 в суспензии. Водоугольная суспензия становится наиболее однородной, когда проводимости угольных частиц 12 - G2 и воды 13 - G1 становятся одинаковыми.According to the method for producing a water-carbon suspension as a result of the passage of electric discharge channels through the
На предлагаемой установке были проведены экспериментальные исследования с углем различных месторождений: Окино-Ключевского, Тугнуйского (Республика Бурятия) и Адуун-Чулунского (Монголия). Было определено, что ВУС из Тугнуйского угля имеет самую низкую вязкость - 1,98 Па*с, Окино-Ключевского угля - 2,56 Па*с, Адуун-Чулунского угля самую большую вязкость - 3,74 Па*с.At the proposed facility, experimental studies were carried out with coal of various deposits: Okino-Klyuchevskoy, Tugnuisky (Republic of Buryatia) and Aduun-Chulunsky (Mongolia). It was determined that WCS from Tugnuisky coal has the lowest viscosity - 1.98 Pa * s, Okino-Klyuchevskoy coal - 2.56 Pa * s, Aduun-Chulunsky coal - the highest viscosity - 3.74 Pa * s.
Анализ образцов после электроразрядной обработки показал, что зольность образцов угля упала с 29 до 18% из-за выделения окиси газов S, N и О. Отсюда следует, что под действием энергии разряда происходила дезинтеграция угля с частичным сгоранием серы, находящейся в нем, а также локальное разложение молекулы воды с образованием атомарных частиц водорода и кислорода. Зольность определяли по методу медленного озоления угля (ГОСТ 6383-52).Analysis of the samples after electric discharge treatment showed that the ash content of coal samples fell from 29 to 18% due to the release of gas oxides S, N and O. It follows that under the influence of the discharge energy, coal was disintegrated with partial combustion of the sulfur in it, and also local decomposition of a water molecule with the formation of atomic particles of hydrogen and oxygen. Ash content was determined by the method of slow ashing of coal (GOST 6383-52).
В результате экспериментальных исследований было установлено, что в процессе электроразрядной обработки ВУС могут дополнительно образовываться углеродные наноматериалы.As a result of experimental studies, it was found that carbon nanomaterials can additionally form in the process of electric discharge treatment of WCS.
Заявленный способ получения водоугольной суспензии ориентирован на применение в тепловых электрических станциях и котельных и позволяет получать ВУС со следующими параметрами, которые являются ключевыми при транспортировке и хранении, а именно скорость седиментации и радиус частиц угля в суспензии.The claimed method for producing a water-coal suspension is focused on the use in thermal power plants and boiler rooms and allows to obtain a WCS with the following parameters that are key during transportation and storage, namely the sedimentation rate and the radius of the coal particles in the suspension.
Было определено, что скорость седиментации частиц уменьшается в обработанной водоугольной суспензии с Uсед=30,77*10-4 м/с до Uсед=15,58*10-4 м/с, для частиц с минимальным размером rmin=4,3726*10-5 (м) в необработанной и rmin=3,11*10-5 (м) в обработанной. Частицы с размерами rн.в.=4,12*10-5 (м) в обработанной суспензии и rн.в.=4,6083*10-5 (м) в необработанной суспензии имеют скорость седиментации Uсед=27,35*10-4 м/с и Uсед=34,1783*10-4 м/с соответственно. Частицы, имеющие максимальные размеры rmax=27,66*10-5 (м), в обработанной суспензии и rmax=30,9681*10-5 (м) в необработанной суспензии, также седиментируют с разной скоростью:It was determined that the sedimentation rate of particles decreases in the treated water-coal suspension from U sed = 30.77 * 10 -4 m / s to U sed = 15.58 * 10 -4 m / s, for particles with a minimum size r min = 4 , 3726 * 10 -5 (m) in untreated and r min = 3.11 * 10 -5 (m) in untreated. Particles with sizes r N.V. = 4.12 * 10 -5 (m) in the treated suspension and r n.v. = 4.6083 * 10 -5 (m) in the untreated suspension have a sedimentation rate of U sed = 27.35 * 10 -4 m / s and U sed = 34.1783 * 10 -4 m / s, respectively. Particles having a maximum size r max = 27.66 * 10 -5 (m) in the treated suspension and r max = 30.9681 * 10 -5 (m) in the untreated suspension also sediment at different speeds:
Uсед=1232,59*10-4 м/с - скорость седиментации обработанной суспензии,U sed = 1232.59 * 10 -4 m / s - sedimentation rate of the treated suspension,
Uсед=1543,47*10-4 м/с - скорость седиментации необработанной суспензии.U sed = 1543.47 * 10 -4 m / s is the sedimentation rate of the untreated suspension.
Дифференциальные кривые распределения показывают, что в обработанной водоугольной суспензии преобладают в основном частицы размером 0,1537*10-4 м (см. фиг. 2), тогда как в необработанной суспензии преобладают частицы размером 0,413*10-4 м (см. фиг. 3), что говорит о повышении агрегативной устойчивости обработанной системы.Differential distribution curves show that mainly 0.1537 * 10 -4 m particles predominate in the treated water-coal suspension (see Fig. 2), while 0.413 * 10 -4 m particles prevail in the untreated slurry (see Fig. 3), which indicates an increase in the aggregative stability of the processed system.
Таким образом, электроразрядная обработка водоугольной суспензии повышает седиментационную и агрегативную устойчивость дисперсной системы, что является важной технической характеристикой при транспортировке и хранении.Thus, the electric discharge treatment of a water-carbon suspension increases the sedimentation and aggregative stability of a disperse system, which is an important technical characteristic during transportation and storage.
Предлагаемая группа изобретений «Способ получения водоугольной суспензии и установка для его осуществления» по сравнению с прототипом (см. патент №2488984, МПК Н05Н 1/00, В28В 1/00, опубл. 27.07.2013 г.) является более энергосберегающим, 0,4- 0,6 кВт*ч/кг- удельное энергопотребление предлагаемой электроразрядной установки, а у прототипа 5-6 кВт*ч/кг. Также водоугольная суспензия получается в большем количестве в предлагаемой группе изобретений: 5-10 кг в предлагаемой электроразрядной установке, 0,2-0,5 кг в плазменной комплексной установке по прототипу.The proposed group of inventions "Method for producing a water-carbon suspension and installation for its implementation" in comparison with the prototype (see patent No. 2488984,
Также преимуществами предлагаемой группы изобретений по сравнению с прототипом (комплексной плазменной установкой) является возможность получения ВУС в большем количестве (30-50 раз) при меньших энергозатратах (7-10 раз). А размеры установки по предлагаемой группе изобретений гораздо меньше размеров установки по прототипу.Also, the advantages of the proposed group of inventions in comparison with the prototype (integrated plasma installation) is the possibility of obtaining a WCS in a larger quantity (30-50 times) with less energy (7-10 times). And the dimensions of the installation of the proposed group of inventions are much smaller than the dimensions of the installation of the prototype.
Были проведены экспериментальные опыты по сжиганию ВУС, горение факела изображено на фигуре 4.Experimental experiments were conducted on the combustion of WUS, the burning of the torch is shown in figure 4.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152652A RU2636740C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152652A RU2636740C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2636740C1 true RU2636740C1 (en) | 2017-11-28 |
Family
ID=60581139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152652A RU2636740C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2636740C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56127688A (en) * | 1980-03-13 | 1981-10-06 | Mitsui Mining Co Ltd | Preparation of mixed composition of dehydrated solid organic material and hydrocarbon oil |
| JPS63168490A (en) * | 1986-12-31 | 1988-07-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Method of preventing fixing and sedimentation in fluid |
| UA91627C2 (en) * | 2008-12-29 | 2010-08-10 | Институт Импульсных Процессов И Технологий Нан Украины | Installation for electro discharge disintegration of components of aqueous-coal suspension |
| RU2010129181A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-20 | Закрытое акционерное общество "Инновационно-внедренческий центр "Альтернатива" (RU) | METHOD FOR PREPARING CAVITATION AQUA-CARBON FUEL |
| RU2488984C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" | Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation |
-
2016
- 2016-12-29 RU RU2016152652A patent/RU2636740C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56127688A (en) * | 1980-03-13 | 1981-10-06 | Mitsui Mining Co Ltd | Preparation of mixed composition of dehydrated solid organic material and hydrocarbon oil |
| JPS63168490A (en) * | 1986-12-31 | 1988-07-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Method of preventing fixing and sedimentation in fluid |
| UA91627C2 (en) * | 2008-12-29 | 2010-08-10 | Институт Импульсных Процессов И Технологий Нан Украины | Installation for electro discharge disintegration of components of aqueous-coal suspension |
| RU2010129181A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-20 | Закрытое акционерное общество "Инновационно-внедренческий центр "Альтернатива" (RU) | METHOD FOR PREPARING CAVITATION AQUA-CARBON FUEL |
| RU2488984C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" | Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6117401A (en) | Physico-chemical conversion reactor system with a fluid-flow-field constrictor | |
| US9732299B2 (en) | Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux | |
| DE1085353B (en) | Plasma accelerator for plasma generator | |
| KR102517594B1 (en) | Submerged Plasma Device | |
| CN105060408B (en) | A kind of submerged cryogenic plasma method of wastewater treatment and device | |
| RU2457395C2 (en) | Solid fuel combustion intensification method | |
| JP2005240152A (en) | Method and device for electrolyzing water | |
| RU2636740C1 (en) | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation | |
| TWI621705B (en) | Method and device for manufacturing water-added fuel | |
| US9169146B2 (en) | Waste treatment process for coal gasification fly ash | |
| Schmidt-Szaowski | Catalytic properties of silica packings under ozone synthesis conditions | |
| RU2590045C2 (en) | Method of producing metal nanopowder from wastes of high speed steel in kerosene | |
| RU2397015C1 (en) | Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance | |
| TW201827582A (en) | Method for producing hydrocarbon-based synthetic fuel by adding water to hydrocarbon-based fuel oil | |
| JP4785429B2 (en) | Inorganic material nanostructure processing method and processing apparatus | |
| RU2687680C1 (en) | Method of activating cavitation-hydrodynamic microdisintegration of mineral component of hydraulic mixture | |
| CN102910690A (en) | Method and equipment for wastewater temperature increasing and desalting | |
| RU87700U1 (en) | TECHNOLOGICAL LINE FOR THE PRODUCTION OF AQUAROGO FUEL AND ITS BURNING | |
| RU2681238C1 (en) | Method for producing sintered products from electrosparking tungsten-containing nanocomposite powders | |
| RU2666417C2 (en) | Installation for generation gas production | |
| KR101566648B1 (en) | Method and a device for production of plasma | |
| Khassenov et al. | Electric pulse method of processing cullet | |
| RU2657389C1 (en) | Method for formation of cavitational zones in flow of non-burning liquid and control of their destruction, and also device for implementation of method | |
| RU2622596C2 (en) | Method for solid carbon-containing fuels or wastes incineration | |
| RU78802U1 (en) | REACTOR FOR PRODUCING NANODISPERSED METALS IN LIQUID PHASE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191230 |