Спосіб утворення та стабільного горіння синтез-газу в котельних агрегатах

Реферат: Спосіб утворення та стабільного горіння синтез-газу в котельних агрегатах полягає в подачі насиченої водяної пари з необхідними параметрами температури та тиску за допомогою форсунки з рівномірним круговим розпилюванням в відновлювальну зону горіння палива, наприклад газового, вздовж факела в конкретних співвідношеннях підготовленої води до обсягів природного газу. Разом з частками вуглецево-водневого палива та продуктами його горіння утворений водень і окис вуглецю переміщуються в окислювальну зону полум'я, де інтенсифікується процес горіння палива та синтез-газу з додатковим виділенням теплової енергії. Насичена водяна пара необхідних параметрів виробляється або безпосередньо котельним агрегатом, або додатковими енергетичними пристроями. Сумарну кількість виробленої котельним агрегатом теплової енергії регулюють, змінюючи співвідношення, параметри та кількість подачі в зону горіння палива насиченої водяної пари. Збереження сталого теплового балансу котла забезпечується зменшенням спалювання вуглецевоводневого палива за рахунок додаткової теплової енергії при спалюванні синтез-газу. UA 113627 U (54) СПОСІБ УТВОРЕННЯ ТА СТАБІЛЬНОГО ГОРІННЯ СИНТЕЗ-ГАЗУ В КОТЕЛЬНИХ АГРЕГАТАХ UA 113627 U UA 113627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб належить до галузі теплоенергетики і може бути використаний з метою економії природного або скрапленого газу, рідкого вуглецево-водневого палива, наприклад мазуту, та їхньої часткової заміни на синтез-газ, який утворюється при роботі котельних агрегатів і вироблені теплової енергії. Відомий спосіб безсажного спалювання палива (патент РФ №2219435), який використовує спільне неповне згорання рідкого вуглецево-водневого палива та перегріту водяну пару. Проходить парова газифікація цих продуктів і генерується синтез-газ: суміш газів вуглецевоводневого ряду, окису вуглецю та водню. Отриманий синтез-газ разом з парами рідкого палива і сажними частинками вилітає з камери газогенерації і згорає в атмосфері або в топці котла. Відомо, що розпечені сажні частинки облегшують розрив молекул води на кисень та водень. Крім цього відомо, що водяна пара є прискорювачем реакції горіння окису вуглецю. Всі ці ефекти, які прискорюють процес окислення, спільно з механічною турбулентністю газового потоку, який створюється високошвидкісним струменем перегрітої водяної пари, приводять до більш якісного згорання палива в об'ємі факела. Вигорання горючої речовини збільшується і, як наслідок, шкідливі викиди зменшуються. Відмінностями вказаного способу є те, що спосіб передбачає встановлення в зоні горіння котельного агрегату додаткового пристрою, тобто синтез-газ утворюється в камері газогенерації. Спосіб передбачає як паливо рідке вуглецево-водневе паливо, а перегріта водяна пара підводиться від стороннього джерела пароутворення. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого способу (прототипом) є відомий спосіб роботи котельного або енергетичного агрегату Благути (UA89845U), який включає подачу в топку котла сировини для виробництва теплової енергії у вигляді традиційного палива, наприклад природного газу, та повітря і альтернативної сировини у вигляді води, пари або інших продуктів згоряння горючих і окислювальних речовин. При роботі котла за допомогою згоряння традиційного палива в топці котла нагрівають продукти згорання. Потім після досягнення визначеного тиску продукти згорання подають за допомогою генератора тепла або параплазмового пальника Благути в зону горіння традиційного палива та повітря у вигляді факела таким чином, що струмені продуктів згоряння розподілені по довжині факела та спрямовані перпендикулярно або під кутом, або проти факела, або перпендикулярно та під кутом до факела, або перпендикулярно, під кутом та проти факела, або під кутом та проти факела, або перпендикулярно та проти факела. Відмінностями відомого способу роботи котельного або енергетичного агрегату є те, що, поперше, альтернативна сировина у вигляді води, пари або інших продуктів згоряння горючих і окислювальних речовин подається в зону горіння факела традиційного палива, не враховуючи температурного та фізичного градієнта самого факела традиційного палива, що знижує ефективність способу внаслідок їх (видів альтернативної сировини) лише часткового задіяння в технологічному процесі, який передбачає спосіб і, як наслідок, значного підвищення кількості конденсату вологи у внутрішньокотельному просторі; по-друге, спосіб передбачає подачу в зону горіння традиційного палива, в тому числі і води, що знижує загальний енергетичний баланс на частину теплової енергії, що витрачається на пароутворення; по-третє, спосіб передбачає встановлення в зоні горіння котельного агрегату додаткового обладнання у вигляді генератора тепла або параплазмового пальника; по-четверте, при реалізації способу відбуваються певні фізико-хімічні процеси без явного горіння (тобто без наявності максимального ефекту) продуктів розпаду альтернативної сировини у вигляді пари або інших продуктів згоряння горючих і окислювальних речовин, що подаються в зону спалювання традиційного палива. Запропонована корисна модель під час роботи котельного обладнання вирішує задачу економії традиційного вуглецево-водневого палива, наприклад природного газу, шляхом його часткового заміщення на синтез-газ з додатковим виробленням теплової енергії при його спалюванні, а також відсутності або мінімізації кількості додаткових пристроїв чи обладнання в існуючих типах промислових котельних агрегатів при реалізації даного способу. Для вирішення зазначених завдань у способі при роботі котельного агрегату насичена водяна пара з тиском від 0,01 МПа до 0,1 МПа і з температурою більше 125 град. С подається за допомогою форсунки в відновлювальну зону полум'я горіння традиційного вуглецевоводневого палива, наприклад природного газу, вздовж факела у співвідношенні від 0,1 л до 1,0 л підготовленої води на 1,0 куб. м природного газу. Температура факела традиційного палива, наприклад газового факела, нерівномірно розподілена по довжині. Зона подачі та розпилу насиченої водяної пари чітко визначена і знаходиться в зоні відновлювального полум'я газового факела. Природний газ разом з повітрям подається в зону спалювання котельного агрегату за допомогою кругових дифузійних газо-мазутних пальників. 1 UA 113627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Основним горючим компонентом природного газу є метан СН4. Повне згоряння природного газу виглядає так: СН4+2О2 = СО2+2Н2О. (1) Якщо при згоранні природного газу створити умови, коли його згорання буде неповним, то при цьому виділяються горючі речовини - окис вуглецю, вуглець (сажа), водень: СО, С, Н. При реалізації способу виникнення СО є лише тимчасовим, а не кінцевим продуктом, і він згорає, повністю окислюючись до СО2. Даний спосіб відрізняється тим, що водяна пара подається по центру пальника в зону горіння природного газу в область відновлювального полум'я. Починаючи з внутрішнього периметру газового факела кругового газового пальника (зона його перетину з паровим "факелом"), утворюються локальні умови зменшення температури та кількості кисню при згоранні СН4, тобто, умови неповного згорання природного газу, При цьому вуглекислий газ СО2 проходить декілька етапів утворення. Перший етап, вуглець взаємодіє з водою, утворюючи окис вуглецю і водень (синтез-газ). С+ Н2О = СО + Н2. (2) Водень і окис вуглецю у відновлювальній зоні полум'я не взаємодіють між собою так, як обидва гази є відновлювальними, тобто їм для окислення потрібен кисень. Далі продукти реакції (2) разом з частками та продуктами реакції традиційного вуглецевоводневого палива (1) переміщуються в окислювальну зону полум'я і процес горіння синтез-газу (синтез-газу) описується наступними реакціями (горінням отриманих складових реакції 2): окис вуглецю окислюється з виділенням теплової енергії до вуглекислого газу СО + 1/2 О2 → СО2, (3) окислення (згорання) водню з виділенням додаткового тепла Н2+1/2О2→Н2О. (4) При проходженні екзотермічних реакцій (1), (3), (4) при реалізації способу складаються достатні умови для локального утворення та згорання синтез-газу з виділенням додаткової теплової енергії. За межами зони парогазового факела фізико-хімічні процеси відрізняються і стан локального неповного згорання природного газу СН4 відсутній або проходить менш інтенсивно. Водень і кисень, які утворюються при розкладанні молекул води, зберігають певний інертний стан, не створюючи умов для гримучого газу, внаслідок їх знаходження при високій температурі та в середовищі вуглекислого газу та азоту, які є в зоні горіння традиційного вуглецевоводневого палива, наприклад природного газу, але не підтримують горіння. Подача високоактивованої насиченої водяної пари відповідних параметрів за допомогою форсунки із рівномірним круговим розпилюванням в відновлювальну зону полум'я вздовж факела горіння природного газу або іншого традиційного вуглецево-водневого палива створює умови для утворення окису вуглецю СО та водню Н2 та їх подальшого згорання. Таким чином, запропонована сукупність ознак способу створює умови, достатні для утворення та горіння синтез-газу з виділенням додаткової теплової енергії. Насичена водяна пара необхідних параметрів виробляється або безпосередньо котельним агрегатом, або додатковими енергетичними пристроями. Сумарну кількість виробленої котельним агрегатом теплової енергії регулюють, змінюючи співвідношення, параметри та кількість подачі в зону горіння традиційного вуглецево-водневого палива та водяної пари. Збереження сталого теплового балансу котла забезпечується зменшенням спалювання традиційного вуглецево-водневого палива за рахунок додаткової теплової енергії при спалюванні синтез-газу. Заявлений спосіб дозволяє в котельних агрегатах частково замістити природний або скраплений газ, рідке вуглецево-водневе паливо синтез-газом, який при умовах заявлених в способі дозволяє отримати та виробити додаткову кількість теплової енергії, а також зменшити концентрацію викидів забруднюючих речовин, яка утворюється при спалюванні традиційного газоподібного або рідкого палива. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Спосіб утворення та стабільного горіння синтез-газу в котельних агрегатах, який полягає в подачі насиченої водяної пари з необхідними параметрами температури та тиску за допомогою форсунки з рівномірним круговим розпилюванням в відновлювальну зону горіння палива, наприклад газового, вздовж факела в конкретних співвідношеннях підготовленої води до обсягів природного газу, який відрізняється тим, що разом з частками вуглецево-водневого палива та продуктами його горіння утворений водень і окис вуглецю переміщуються в окислювальну зону 2 UA 113627 U 5 полум'я, де інтенсифікується процес горіння палива та синтез-газу з додатковим виділенням теплової енергії, при цьому насичена водяна пара необхідних параметрів виробляється або безпосередньо котельним агрегатом, або додатковими енергетичними пристроями, а сумарну кількість виробленої котельним агрегатом теплової енергії регулюють, змінюючи співвідношення, параметри та кількість подачі в зону горіння палива насиченої водяної пари, причому збереження сталого теплового балансу котла забезпечується зменшенням спалювання вуглецево-водневого палива за рахунок додаткової теплової енергії при спалюванні синтез-газу. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3