ТОПЛИВНАЯ СУСПЕНЗИЯ Российский патент 2020 года по МПК F23K1/02 C10L1/32 

Изобретение относится к водоугольному топливу, а именно к жидкому углеродсодержащему топливу в виде суспензии, которое может быть использовано на теплоэлектростанциях, в металлургической промышленности, в котельных установках и других теплогенерирующих системах, работающих на жидком топливе.

Известна топливная суспензия [RU 2173817 C1, МПК F23K 1/02 (2000.01), опубл. 20.09.2001], представляющая собой взвесь пылевидного угля в воде с добавлением органического пластификатора с гранулометрическими размерами 0,005-0,5 мкм при следующем содержании компонентов, мас. %:

уголь (до 200 мкм) 60-65 органический пластификатор 5-15 вода остальное

В качестве органического пластификатора использованы твердые бытовые и/или промышленные отходы.

Известна спиртоводоугольная суспензия [RU 94019206 А1, МПК C10L1/32, опубл. 10.01.1996], представляющая собой смесь угля, спирта и воды при следующем содержании компонентов, мас.%:

мелкодисперсный уголь 45-75 техническая смесь спиртов 20-40 вода остальное

Известна топливная суспензия [Садовский Д.Ю., Савицкий Д.П., Пахарь Т.А. Получение топливных дисперсных систем на основе природных углей и низших спиртов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2013. - №3. - С. 5-10], выбранная в качестве прототипа, которая представляет собой смесь при следующем содержании компонентов, мас. %:

мелкодисперсный уголь (до 200 мкм) 60 пластификатор Na₂CO₃ 1 спирт C₂H₅OH 5-30 вода остальное

Однако для указанных топливных суспензий не известны их низшая теплота сгорания и время задержки зажигания, которые необходимы для их широкого применения в энергетике.

Техническим результатом предложенного изобретения является разработка состава топливной суспензии.

Предложенная топливная суспензия, так же, как в прототипе, содержит уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду.

Согласно изобретению в топливной суспензии использован изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора использован гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь (до 200 мкм) 50 изопропиловый спирт 3 - 8 гидроксид натрия 0,25 вода остальное

Использование в составе предложенной топливной суспензии изопропилового спирта CH₃CH(OH)CH₃ - простейшего вторичного спирта алифатического ряда, позволяет интенсифицировать процесс распыла суспензии, а использование гидроксида натрия NaOH предотвращает расслоение суспензии на уголь и жидкую составляющую.

Полученная топливная суспензия обладает низшей теплотой сгорания от 17,13 до 18,63 МДж/кг и временем задержки зажигания от 1,51 до 2,53 с при температуре 1273 K.

В таблице 1 представлены примеры составов с характерным количественным содержанием компонентов топливной суспензии и их сравнительные характеристики.

Для получения топливной суспензии использовали каменный уголь марки Д (длиннопламенный), содержащий 70-80% углерода, 0,5-1% серы, 19-29,5% прочих элементов. Зольность этого угля составляет 24-30%, влажность - 17,5-19%. Содержание летучих веществ составляет 39-42%.

Первичный помол угля осуществляли в шаровой барабанной мельнице при соотношении по массе один к трем с мелющими телами. После помола просеяли полученный уголь через сито с размером решетки 200 мкм. Затем 300 г мелкодисперсного угля поместили в керамический барабан шаровой барабанной мельницы объемом 2 литра с мелющими телами, при массовом соотношении угля и мелющих тел 1:1, добавив 280,5 г воды, 18 г изопропилового спирта, 1,5 г пластификатора NaOH. Помол осуществляли в течение 5 часов. В результате получили топливную суспензию при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь 50 изопропиловый спирт 3 гидроксид натрия 0,25 вода 46,75

Для уменьшения вязкости полученную суспензию подвергли дополнительной обработке: акустическому, механическому и гидродинамическому воздействию в роторном аппарате модуляции потоков [Larionov, K.B., Zenkov, A.V., Yankovsky, S.A., Ditc, A.A. Change of coal-water fuel rheological properties by rotary flows modulation // International Forum on Strategic Technology. - 2017. - 7884323. - P. 568-571].

При определении времени задержки зажигания полученной топливной суспензии выполняли видеорегистрацию процессов при помощи высокоскоростной видеокамеры Photron Fastcam SA4 (максимальная скорость съемки 3600 кадров в секунду при полном разрешении 1024х1024 пикселей, размер пикселя 20⋅10^-6 м, глубина цвета 12 бит). Данные записывали в память видеокамеры и обрабатывали с помощью персонального компьютера (программное обеспечение Photron Fastcam Viewer).

Определение времени задержки зажигания топливной суспензии проводили в несколько этапов. В терморегулируемой печи с помощью регулятора температуры установили требуемую температуру 1273°K. Нагрев осуществили подачей напряжения на нихромовую проволоку Х20Н80 диаметром 0,4⋅10^-3 м. Каплю топливной суспензии разместили на подложке дозатором, после чего подложку с размещенной на ней каплей поместили в центр керамического цилиндра, установленного внутри терморегулируемой печи. Регистрацию температуры осуществляли при помощи термопары, помещенной в центр керамического цилиндра. Временем задержки зажигания считали время от момента входа подложки с каплей в фокус видеокамеры до появления свечения вокруг нее, соответствующего началу процесса горения.

Измерение теплоты сгорания топливной суспензии производили в соответствии с ГОСТ 33299-2015 «Топлива углеводородные жидкие. Определение теплоты сгорания в калориметрической бомбе (точный метод)».

Время задержки зажигания полученной топливной суспензии при температуре 1273 K составило 2,53 с, а низшая теплота сгорания составила 17,13 МДж/кг (таблица 1).

Характеристики других составов топливной суспензии представлены в таблице 1.

Изобретение относится к области энергетики. Топливная суспензия содержит уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду. Используют изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора используют гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%: уголь (до 200 мкм) 50, изопропиловый спирт 3-8, гидроксид натрия 0,25, вода – остальное. Технический результат - изобретение позволяет интенсифицировать процесс распыла суспензии и предотвратить расслоение суспензии на уголь и жидкую составляющую. 1 табл.

Топливная суспензия, содержащая уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду, отличающаяся тем, что используют изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора используют гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь (до 200 мкм) 50 изопропиловый спирт 3-8 гидроксид натрия 0,25 вода остальное