Генератор синтез-газу і теплової енергії із рідкого палива і води

Реферат: Генератор синтез-газу (водяного газу) і теплової енергії із рідкого палива і води, виконаний із герметично з'єднаних між собою циліндричних співвісних секцій та пальника, що складається із форсунок, циліндричної камери згоряння палива. Навколо зовнішнього циліндричного корпусу встановлено систему попереднього підігрівання рідкого палива, води і повітря в вигляді циліндрично навитих труб. UA 100118 U (12) UA 100118 U UA 100118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики і енергозбереження, в основному до пристроїв для отримання синтез-газу (водяного газу) і його спалювання для генерації тепла, виробляється із рідких вуглеводнів (дизельне паливо, пічне топливо світле) і води. Відомий "Пальник на рідкому паливі", патент US № 3804579, для спалювання суміші рідкого палива, водяної пари і окислювача, який складається із системи пароутворення у вигляді циліндрично навитих трубок із нержавіючої сталі (нагрівальна котушка), багатоотвірного змішувача палива, пари і повітря, форсунок для водяної пари і окислювача, крана для регулювання подачі води в систему пароутворення, циліндричної камери для спалювання суміші. Недоліком такого пальника є недостатнє спалювання енергетичного газу, невисока температура факелу, відносно велика витрата пального, ненадійна система пароутворення. Відомий "Пристрій для отримання синтез-газу", патент RU № 2523824, для виробництва синтез-газу із рідких і газоподібних вуглеводнів, який складається із секційного корпусу із двошаровими металічними стінками, що охолоджуються, парогенератора, форсункової головки для подачі палива і окислювача, системи охолодження, камери для спалювання генерованого газу. Недоліком такого пристрою є необхідність окремого виробництва перегрітої водяної пари, відсутність системи контролю за дозуванням подачі палива і пари та відносно велика витрата палива. Відомий "Спосіб спалювання вуглеводневого палива і пристрій для його здійснення", патент RU № 2055269, для виробництва та спалювання суміші горючого газу із оксиду вуглецю і водню. Складається із корпусу для випаровування води і рідкого палива в вигляді двох стаканів, гідрогенізаційної камери, каталізаторної камери у вигляді гвинтових отворів, що покриті по всій поверхні каталізатором із металу платинової групи, перепускних клапанів, пальника. Недоліком такого пристрою є необхідність застосування дорогих каталізаторів, складність обслуговування процесу каталізу, присутність рухомих секцій, що понижує надійність роботи. Найбільш близькою до заявленої корисної моделі є "Теплогазогенераторна установка", патент RU № 117145, для виробництва газоподібного водневмісного палива. Складається в основному із вкладених одне в одну циліндричних труб, розділених на ізольовані ступені, змішувача палива і води інжекторного типу, пальникової системи, індукційного нагрівання, камери згоряння. Недоліком даної установки є недостатнє нагрівання камери пароутворення, оскільки індуктор нагріває лише поверхню камери згоряння, охолодження факелу всередині вогневої камери, де встановлено звуження в формі надзвукового сопла Лаваля, що призводить до збільшення швидкості потоку і як результат зменшення тиску і відповідно до законів термодинаміки зниження температури полум'я, втрати енергії при подачі холодних палива, води і повітря, які охолоджують систему, періодичні зриви факелу, недостатньо стабільна робота. Задача корисної моделі - усунення недоліків у відомому технічному рішенні з метою стабільної генерації високоенергетичного синтез-газу (водяного газу) та виробництво тепла із зменшенням енергетичних і ресурсних витрат. Технічний результат - генерація високоенергетичного якісного синтез-газу (водяного газу) із рідких вуглеводнів і води та стабільного і безпечного його спалювання для одержання тепла із мінімізацією витрат ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, генератор складається із багатьох секцій і систем, поєднаних в одну технологічну схему, що забезпечує необхідну підготовку палива, води і повітря, оптимізацію нагрівання пристрою, виробництво однорідної газової суміші (парогазу) із подальшим її перетворенням в синтез-газ, збільшення частки в ньому водню та спалювання енергетичного газу для отримання високотемпературного тепла при стабільній і безпечній роботи в цілому. На кресленні зображено генератор синтез-газу і теплової енергії із рідкого палива і води (пристрій) в вигляді функціональних частин і систем схематично та в розрізі. Конструктивно пристрій складається із наступних частин: із багатосекційного корпусу 17 співвісних металевих циліндрів, які створюють ізольовані технологічні камери: для виробництва перегрітої пари 22, для нагрівання суміші газів і генерації синтез-газу 25, для подальшого нагрівання синтез-газу і отримання більш енергетичного газу із більшою часткою водню 28; циліндричної товстостінної камери спалювання палива 19 із подовженням 18, біля якого установлені форсунка 6 для спалювання газу пропану, який подається із балона 4, головна форсунка 9 для спалювання високоенергетичного газу, який подається із камери 28, допоміжна форсунка 10, в яку подається газова суміш із камери 25, повітряна форсунка 21, в яку подається стиснене повітря від компресора 3, свічка 36 для підпалу факелу із своєю системою управління 5. На зовнішній стороні першої камери для пароутворення 22 встановлена ніхромова спіраль в керамічних ізоляторах 11 (або циліндрично навитого індуктора індукційного нагрівання) на 220 В, сигнал, на яку подається від системи управління 37. Навколо другої 25 і третьої 28 секцій встановлені циліндрично навиті труби із нержавіючої сталі, які призначені для попереднього підігрівання повітря 26, палива 27 і води 29. 1 UA 100118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Між секціями пароутворення 22 і генерації синтез-газу 25 встановлена термоізольована комбінована секція 35 із камер випаровування 34 і змішування 15 для випаровування рідкого палива перегрітою парою і змішування цих парів із перегрітою парою з метою отримання горючої суміші (парогазу). Для подачі перегрітої пари встановлено кран 20, для контролю за тиском суміші газів встановлено електроконтактний манометр 24, для подачі суміші в секцію 25 встановлено кран 39. Між другою і третьою секціями корпусу встановлено термоізольовану каталізаторну камеру 30. Герметичної ємності для рідкого палива 2, манометра 14, кранів 7, 43, 44, електроклапаном-дозатором 47, трубопроводів 8 та 16, в який подається стиснене повітря від компресора 3, заливної горловини із пробкою 46, манометра 32. Герметичної ємності для води 1, манометра 14, кранів 31, 41,42, електроклапана-дозатора 46, заливної горловини із пробкою 45, трубопроводів 8, 16, в який подається стиснене повітря від компресора 3, трубопроводів 33. Постійних неодимових магнітів 40 і 23 для активації сильним магнітним полем води і рідкого палива. Системи автоматичного управління (на схемі не показано) робочим режимом пристрою в цілому, що складається із контролера, термодатчиків, системи контролю роботи факела, системи підпалу факела 5, електроконтактного манометра 24, електроклапанів-дозаторів 46,47. Пристрій працює наступним чином: перед початком роботи багатосекційний металічний циліндричний корпус прогрівається протягом 10-15 хвилин газом пропаном, який надходить у форсунку 6 із балона 4, після чого подача газу пропану перекривається. Одночасно включається електричне нагрівання 11 секції пароутворення 22, причому процесом нагрівання управляє система 37. В камеру першої секції 2 22 подається вода з ємності 1, що знаходиться під тиском 4 кгс\см , кількістю 75 % від 3 загального об'єму 1 дм і в подальшому, при переході в робочий режим пристрою, відбувається періодичне включення електричного нагрівання для підтримки критично важливої температури перегрітої пари не менше 500 °C, що контролюється відповідним термодатчиком. Додатково, з метою більш повного і швидкого нагрівання всього корпусу після попереднього нагрівання і утворення перегрітої пари, в першій секції 22, відбувається подача пари трубопроводами у всі секції протягом 5-10 хвилин з одночасною подачею води в невеликій кількості для випаровування в секцію 22. Після нагрівання корпусу відбувається подача перегрітої пари в секцію 35 для нагрівання і випаровування рідкого палива, а також подача 2 рідкого палива із ємності 2, що знаходиться під тиском 4 кгс\см , в секцію випаровування 34. Газ, що випаровується із рідкого палива, подається в камеру 15 одночасно із подачею перегрітої пари, де відбувається їх змішування і генерація паро-газу. Для запобігання теплових втрат секція 35 має термоізоляцію із базальтової вати. Охолоджена в процесі випаровування рідкого палива пара потрапляє на додаткове нагрівання в секцію 22. Встановлені на трубопроводах подачі води і палива постійні неодимові магніти 23 і 40 своїм сильним магнітним полем зменшують силу міжмолекулярних зв'язків води і рідкого палива і сприяють в подальшому прискоренню їх випаровування, більш рівномірного і якісного змішування перегрітої пари і газоподібного палива. 2 При досягненні робочого тиску 3 кгс\см в камері змішування 35 відкривається кран 39 і суміш газів (парогаз) потрапляє в другу секцію 25, де відбувається їх нагрівання і хімічна реакція виробництва синтез-газу (водяного газу), що складається в основному із суміші оксиду вуглецю і водню (Н2+СО). Виробництво синтез-газу (водяного газу) із дизпалива, що в основному має складну хімічну формулу від С8Н18 до С17Н36, та води Н2О має в своїй основі неповне термічне окислення вуглеводнів при температурах вище 1100° С і може бути представлено формулою: СnН(2n+2)+1\2nО2=nСО+(n+1)Н2. Таким чином в другій секції 25 генерується горючий синтез-газ (водяний газ), що частково подається в третю секцію 28, а частково - через форсунку 10 в циліндричну камеру згорання 19, де підпалюється і при інжектуванні повітря виробляється факел, що стабільно горить. Отримане тепло йде в основному для подальшого нагрівання всіх секцій корпусу, а також підвищення температури сумішей газів. Після 15-20 хвилин від початку роботи наступає режим автотермії, тобто встановлюється і підтримується оптимальний режим термобалансу всіх робочих частин пристрою за рахунок енергії від спалювання газу через форсунку 9, подача газу на форсунку 10 перекривається. Суміш газів, що подається в третю секцію 28, проходить через термоізольовану базальтовою ватою камеру каталізу 30, заповнену металічними каталізаторами ряду Fe, Ni, які знаходяться в змінному картриджі, причому в синтез-газі, що попадає в третю секцію 28, збільшується частка водню. Далі відбувається подальше підвищення температури газу в секції 28 до температур 1200-1300 °C і подача газу для спалювання через форсунку 9, при цьому температура факелу на виході із камери згорання 19 може досягати температур 1800-1900 °C 2 UA 100118 U 5 10 15 при нагнітанні додаткової (розрахункової) кількості окислювача (повітря) через форсунку 21 від компресора 3. Після нагрівання корпусу пристрою до достатньої температури і виходу в робочий режим, з метою мінімізації витрат енергії, здійснюється поступова подача води, рідкого палива і повітря через трубопроводи систем попереднього нагрівання 26, 27, 29, що мають вигляд циліндрично навитих над корпусом труб із нержавіючої сталі. Система автоматичного контролю і управління призначена для постійного контролю за температурою окремих важливих частин пристрою, в тому числі за секцією пароутворення 22, за секцією утворення парогазу 35, для дозованої подачі води і рідкого палива, контролю за факелом, запобіганню зривів факелу і за стабільною роботою системи в цілому. Корисна модель може бути спроектована і виготовлена із тепловими потужностями 200 квт 2 Мвт, протестований пристрій номінальною тепловою потужністю 250 квт витрачає в середньому за годину 6 літрів рідкого палива, 6 літрів води, 1 літр пропану і 1 квт\год. електроенергії, температура факелу на виході (без подачі додаткової кількості окислювача) 1500-1600 °C. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Генератор синтез-газу (водяного газу) і теплової енергії із рідкого палива і води, що виконаний із герметично з'єднаних між собою циліндричних співвісних секцій та пальника, що складається із форсунок, циліндричної камери згоряння палива, який відрізняється тим, що навколо зовнішнього циліндричного корпусу встановлено систему попереднього підігрівання рідкого палива, води і повітря в вигляді циліндрично навитих труб. 2. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що встановлена система виробництва парогазу, в якій перегріта до температури не менше 500 °С водяна пара випаровує рідке паливо і змішується з ним. 3. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що між секціями встановлено каталізаторну камеру із каталізаторами ряду Fe, Ni в змінних картриджах для генерації додаткової кількості водню. 4. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що для оптимізації нагрівання секції пароутворення циліндрична камера згоряння подовжена на 80-100 мм. 5. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що встановлено активатори рідкого палива і води на основі неодимових постійних магнітів із потужним магнітним полем. 6. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що для підтримання стабільної і економної роботи встановлено систему автоматичного управління на основі контролера, термодатчиків, електроконтактного манометра, електромагнітних клапанів-дозаторів подачі топлива і води, модуля контролю і підпалювання факелу, модуля контролю електронагріванням секції пароутворення. 3 UA 100118 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Українськийінститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4