УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ СМЕСИ ТВЕРДОГО НИЗКОСОРТНОГО ТОПЛИВА С ГРАНУЛАМИ ГИДРАТА МЕТАНА Российский патент 2024 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к области уничтожения отходов или низкосортных топлив сжиганием, а именно к устройствам, предназначенным для совместного сжигания смеси низкосортного топлива с гидратом метана.

Известна установка для исследования процессов горения газовых гидратов в муфельной печи [Misyura S.Y. Developing the environmentally friendly technologies of combustion of gas hydrates. Reducing harmful emissions during combustion // Environ. Pollut. 2020. Vol. 265. P. 114-871], которая включает муфельную печь, соединенную с автоматическим координатным устройством, предназначенным для перемещения резервуара с гидратом в центр печи. В муфельной печи выполнено стеклянное окно, напротив которого находится высокоскоростная видеокамера. Внутрь муфельной печи вмонтирована термопара. К муфельной печи подключен газоанализатор. Газоанализатор, автоматическое координатное устройство, термопара и высокоскоростная видеокамера подключены к персональному компьютеру.

Однако данная установка предназначена только для сжигания газового гидрата, сжигание в ней твердого низкосортного топлива невозможно. Для определения завершения процесса горения используется стеклянное окно и высокоскоростная видеокамера, что усложняет конструкцию установки.

Известно устройство для сжигания твердых органических отходов при повышенном давлении [RU 2479792 C1, МПК F23G 5/00 (2006.01), опубл. 20.04.2013], которое содержит камеру сгорания, соединенную на входе с источником воздуха высокого давления и устройством подачи горючего. На выходе камера сгорания соединена с камерой дожигания, которая снабжена устройством для подачи воздуха высокого давления. Камера дожигания, заканчивается звуковым соплом, размещенным в эжекторе. Центральное тело сопла имеет устройство для подачи воды под давлением в дозвуковую часть сопла, а эжектор по потоку газа соединен с газовой турбиной, выходом сообщающейся с атмосферой, и газовая турбина механически соединена с турбокомпрессором, вход которого соединен с атмосферой, а выход соединен со входом камеры сгорания и устройством для подачи воздуха высокого давления в камеру дожигания.

Однако данное устройство не позволяет сжигать в нем гидрат метана. Использование камеры сгорания и камеры дожигания, звукового сопла с устройством для подачи воды усложняет конструкцию устройства.

Техническим результатом предложенного нами изобретения является создание устройства для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана.

Устройство для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана, также как в прототипе, содержит камеру сжигания, соединенную с источником воздуха.

Согласно изобретению, камера сжигания выполнена в виде параллелепипеда, внутри которого одна боковая стенка оснащена нагревательным элементом, который соединен с блоком регулирования температуры, подключенным к источнику питания. Сверху в камере сжигания выполнено входное отверстие для подачи смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана. Внутрь камеры сжигания вмонтирован датчик температуры, который подключен к блоку регулирования температуры. К источнику питания подключен блок искрового розжига, к которому подсоединены два электрода, вмонтированные внутрь камеры сжигания через две соседние боковые стенки перпендикулярно друг другу. В верхнюю часть камеры сжигания вмонтирован штуцер, который соединен источником воздуха, выполненным в виде компрессорной установки. На дне камеры сжигания выполнено выпускное отверстие с крышкой. В верхнюю часть боковой стенки камеры сжигания вмонтирован щуп, который соединен с газоанализатором, подключенным к персональному компьютеру.

В качестве нагревательного элемента использован нагревательный элемент инфракрасного излучения в виде керамической пластины со встроенной нихромовой спиралью.

По сравнению с прототипом сжигание твердого низкосортного топлива производится не с отдельным подводом в зону горения высококалорийных горючих газов и последующим охлаждением продуктов горения охлаждающей жидкостью, а совместно с гидратом метана, в котором содержится и высококалорийный газ - метан, и вода.

На фиг. 1 представлена схема устройства для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана.

На фиг. 2 представлена схема устройства вид сверху в разрезе.

На фиг. 3 представлены гистограммы зависимости концентрации С_g выделяющихся газов при сжигании гидрата метана, угольного шлама и угольного шлама с гидратом метана при температуре воздушной среды в камере сжигания T_g = 500ºС: а) для СО₂; б) для СО.

В таблице 1 приведены основные свойства угольного шлама марки К.

Устройство для сжигания твердого низкосортного топлива содержит стальную камеру сжигания 1 в виде параллелепипеда на четырех опорах. Внутри камеры сжигания 1 одна боковая стенка оснащена нагревательным элементом 2 инфракрасного излучения в виде керамической пластины со встроенной нихромовой спиралью. Нагревательный элемент 2 соединен с блоком регулирования температуры 3 (БРТ), подключенным к источнику питания 4 (ИП). Внутрь камеры сжигания 1 вмонтирован датчик температуры 5, который подключен к блоку регулирования температуры 3 (БРТ). Сверху в камере сжигания 1 выполнено входное отверстие 6 для подачи смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана. К источнику питания 4 (ИП) подключен блок искрового розжига 7 (БИР), к которому подсоединены два электрода 8, вмонтированные внутрь камеры сжигания 1 через две соседние боковые стенки перпендикулярно друг другу. В верхнюю часть камеры сжигания 1 вмонтирован штуцер 9, который шлангом соединен с компрессорной установкой 10 (К). На дне камеры сжигания 1 выполнено выпускное отверстие 11, закрытое крышкой. В верхнюю часть боковой стенки камеры сжигания 1 вмонтирован щуп 12, который соединен с газоанализатором 13 (ГЗ), подключенным к персональному компьютеру 14 (ПК).

Камера сжигания 1 представляет собой камеру из стали 09Г2С ГОСТ 8639-82, размером 100×100×3 мм. Использован нагревательный элемент 2 типа QFE 125 Вт и 250 Вт, размером 60×60×26 мм. Использован блок регулирования температуры 3 (БРТ) типа ТРМ500 с ПИД законом регулирования. Датчик температуры 5 - термопара НСХ S с максимальной рабочей температурой 1350 °С и пределом допускаемых отклонений ±1 °С. Использован блок искрового розжига 7 (БИР) типа IGN-7466. В качестве компрессорной установки 10 (К) использован компрессор поршневой безмасляный Patriot WO 180, газоанализатор 13 (ГЗ) - газоанализатор типа Тест 1.

Сначала камеру сжигания 1 нагревают до 500° ±10° с помощью нагревательного элемента 2. Для регулирования нагрева нихромовой нити используют блок регулирования температуры 3 (БРТ), на который поступает информация от датчика температуры 5. Во входное отверстие 6 подают предварительно подготовленную смесь угольного шлама с гранулами гидрата метана в пропорции 1 к 1.

В камере сжигания 1, поддерживая температуру 500°±10°, прогревают смесь, инициируя испарение гидрата метана. Затем нажатием кнопки, находящейся на блоке искрового розжига 7 (БИР), в камере сжигания 1 создают искру между электродами 8, поджигая этим смесь. Воздух в камеру сжигания 1 подают через штуцер 9 с помощью компрессорной установки 10 (К). В течение всего процесса горения дымовые газы удаляют через входное отверстие 6, а продукты сгорания удаляют после завершения горения через выпускное отверстие 11, сняв с него крышку. Процесс горения считают оконченным, когда показания концентрации кислорода, фиксируемые газоанализатором 13 (ГЗ), резко возрастают. В течение всего процесса горения с помощью щупа 12 и газоанализатора 13 (ГЗ) получают информацию о составе антропогенных выбросов в дымовых газах, которые отображаются на персональном компьютере 14 (ПК).

Результаты сжигания угольного шлама марки К, свойства которого представлены в таблице 1, гранул гидрата метана, содержащего 76-77 % воды и 13-14 % метана, и их смеси в объемном соотношении 1:1 при размере частиц 0,3-0,5 мм, показывают, что концентрация CO₂ в дымовых газах при сжигании смеси угольного шлама с гранулами гидрата метана составляет 0,3 %, а при сжигании угольного шлама - 0,4 % (а на фиг. 3). Концентрация CO при сжигании смеси угольного шлама с гранулами гидрата метана составляет 0,25 %, а при сжигании угольного шлама - 0,35 % (б на фиг. 3). Из результатов, представленных на фиг. 3, видно, что при совместном сжигания угольного шлама с гранулами гидрата метана вредных антропогенных выбросов CO₂, CO меньше на 35 - 40 %, чем при сжигании угольного шлама.

Предложенное устройство может быть использовано при сжигании других твердых низкосортных топлив: углей марок Б, Д, К, СС; фильтр-кека марок Б, Д, К, СС; угольных шламов марок Б, Д, К, СС в смеси с гранулами гидрата метана.

Изобретение относится к области уничтожения отходов или низкосортных топлив сжиганием, а именно к устройствам, предназначенным для совместного сжигания смеси низкосортного топлива с гидратом метана. Технический результат – создание устройства для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана. Устройство для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана содержит камеру сжигания, соединенную с источником воздуха. Камера сжигания выполнена в виде параллелепипеда, внутри которого одна боковая стенка оснащена нагревательным элементом, который соединен с блоком регулирования температуры, подключенным к источнику питания. Сверху в камере сжигания выполнено входное отверстие для подачи смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана. Внутрь камеры сжигания вмонтирован датчик температуры, который подключен к блоку регулирования температуры. При этом к источнику питания подключен блок искрового розжига, к которому подсоединены два электрода, вмонтированные внутрь камеры сжигания через две соседние боковые стенки перпендикулярно друг другу. В верхнюю часть камеры сжигания вмонтирован штуцер, который соединен с источником воздуха, выполненным в виде компрессорной установки. На дне камеры сжигания выполнено выпускное отверстие с крышкой. В верхнюю часть боковой стенки камеры сжигания вмонтирован щуп, который соединен с газоанализатором, подключенным к персональному компьютеру. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Устройство для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана, содержащее камеру сжигания, соединенную с источником воздуха, отличающееся тем, что камера сжигания выполнена в виде параллелепипеда, внутри которого одна боковая стенка оснащена нагревательным элементом, который соединен с блоком регулирования температуры, подключенным к источнику питания, сверху в камере сжигания выполнено входное отверстие для подачи смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана, внутрь камеры сжигания вмонтирован датчик температуры, который подключен к блоку регулирования температуры, при этом к источнику питания подключен блок искрового розжига, к которому подсоединены два электрода, вмонтированные внутрь камеры сжигания через две соседние боковые стенки перпендикулярно друг другу, в верхнюю часть камеры сжигания вмонтирован штуцер, который соединен с источником воздуха, выполненным в виде компрессорной установки, на дне камеры сжигания выполнено выпускное отверстие с крышкой, в верхнюю часть боковой стенки камеры сжигания вмонтирован щуп, который соединен с газоанализатором, подключенным к персональному компьютеру.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве нагревательного элемента использован нагревательный элемент инфракрасного излучения в виде керамической пластины со встроенной нихромовой спиралью.