Спосіб ефективного спалювання палива без доступу атмосферного повітря

Реферат: Спосіб ефективного спалювання палива без доступу атмосферного повітря у присутності водяної пари та продуктів її розкладання. Подача водяної пари в зону горіння палива здійснюється у присутності каталізатора та у відсутності кисню повітря, з подальшою взаємодією палива та продуктів його згорання з водяною парою, при цьому піроліз водяної пари відбувається при температурі 400-960 °C та атмосферному тиску, а як каталізатор використовують залізо, нікель та їх оксиди. UA 103457 U (54) СПОСІБ ЕФЕКТИВНОГО СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА БЕЗ ДОСТУПУ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ UA 103457 U UA 103457 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області енергетики, а саме до способу спалювання палива (рідкого, твердого, газоподібного) в опалювальних котлах індивідуального і колективного користування та може бути використаний в енергетиці, в житловому - комунальному господарстві для забезпечення опалювання, гарячого водопостачання та ін. Відомий спосіб згорання палива в киплячому шарі шляхом струминної подачі суміші первинного повітря і палива та вторинного повітря з використанням водяної пари, при цьому -1 -4 згорання палива ведуть при температурі 1700-2600К (1427 °С-2327 °C) та тиску пари 10 -10 Мпа, причому паливно-повітряну суміш подають разом з водяною парою протитечією вторинному повітрю. У відомому винаході інтенсифікація спалювання палива відбувається за рахунок дисоціації водяної пари, що знаходиться у пристрої, на водень і кисень, і подальше їх згорання разом з паливом (див. пат. UA № 101008, МПК F 23C 9/00, 10/20, опубл. 25.02.2013, Бюл. № 4). Відомий спосіб вибраний як прототип. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: використання водяної пари при спалюванні палива спалювання палива у присутності продуктів дисоціації водяної пари Проте відомий спосіб має наступні недоліки: - спалювання палива з дисоціацією водяної пари, що знаходиться у пристрої, на водень і кисень відбувається при високих температурах і зниженому тиску, отже для здійснення способу необхідне герметичне і міцне устаткування. В основу корисної моделі поставлено задачу створення високоефективного способу спалювання палива без доступу атмосферного повітря при одночасному зменшенні шкідливих викидів в атмосферу. Поставлена задача вирішена в способі ефективного спалювання палива без доступу атмосферного повітря у присутності водяної пари та продуктів її розкладання тим, що подача водяної пари в зону горіння палива здійснюється у присутності каталізатора та у відсутності кисню повітря, з подальшою взаємодією палива та продуктів його згорання з водяною парою, при цьому піроліз водяної пари відбувається при температурі 400-960 °C та атмосферному тиску, а як каталізатор використовують залізо, нікель та їх оксиди. Новим корисні моделі, що заявляється, є те, що подача водяної пари в зону горіння палива здійснюється у присутності каталізатора та у відсутності кисню повітря, з подальшою взаємодією палива та продуктів його згорання з водяною парою, при цьому піроліз водяної пари відбувається при температурі 400-960 °C та атмосферному тиску, а як каталізатор використовують залізо, нікель та їх оксиди. Відомо, що дрова - найбільш поширений вид палива, вони горять при температурі 800900 °C. Відомо, що спалювання вуглеводневого палива передбачає подачу атмосферного повітря в зону горіння. Також відомо, що в повітрі міститься близько 21 % кисню, необхідного для горіння, а основна частка повітря - азот, який служить баластом, що відбирає для свого нагріву тепло із зони горіння. При цьому частка азоту повітря окислюється з утворенням отруйного газу - діоксиду азоту. Крім того, необхідність мати постійну протоку атмосферного повітря в камері згорання приводить до винесення та неповного використання кисню повітря, і, як наслідок, існує необхідність мати надлишкову кількість повітря, що подається, а неповне згорання вуглеводневого палива, приводить до зменшення теплотворної здатності палива і викидів в атмосферу продуктів неповного згорання палива, чадного газу, золи і SO 2. Процес горіння, будь-якого виду палива зводиться в основному до окислення вуглецю і водню, а також їх похідних. Наприклад, при нагріванні до 350 °C у присутності залізного або нікелевого каталізатора, відбувається розкладання метану. Спосіб ефективного спалювання палива, що заявляється, без доступу атмосферного повітря у присутності водяної пари і продуктів її розкладання включає подачу водяної пари в зону горіння палива, контакт водяної пари з паливом у присутності каталізатора і у відсутності кисню повітря, з подальшою взаємодією палива і продуктів його згорання з водяною парою, при цьому піроліз водяної пари відбувається при температурі 400-960 °C та атмосферному тиску, а як каталізатор використовують залізо, нікель і їх оксиди. Таким чином кисень, необхідний для горіння палива витягується з води шляхом її каталітичного низькотемпературного піролізу в камері згорання. При цьому отриманий з води кисень покриває потреби горіння палива, внаслідок чого, відсутня необхідність у використанні кисню з атмосферного повітря. Через відсутність в зоні горіння палива атмосферного азоту утворення діоксиду азоту NO2 не відбувається. А наявність в зоні горіння палива додаткового горючого газу водню, як продукту піролізу води приводить до збільшення часу горіння палива і його повнішому згоранню. Що в свою чергу істотно знижує викиди шкідливих речовин в атмосферу. Крім того, відсутня витрата тепла на нагрівання азоту повітря, відбувається 1 UA 103457 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 витрачання цього тепла на повніше згорання продуктів розкладання палива. Все наведене вище приводить до збільшення часу згорання однієї і тієї ж кількості палива в 2-3 рази по відношенню до часу згорання палива в звичайних умовах, а також до істотної економії палива, зниження кількості викидів шкідливих газів в атмосферу. Поставлена задача у способі для ефективного спалювання палива без доступу атмосферного повітря вирішена за допомогою пристрою, що складається з опалювального котла з димарем, і камери згорання, виконаної з можливістю подачі палива тим, що опалювальний котел додатково обладнаний парогенератором, стінки якого виконані подвійними з можливістю заповнення простору між ними водою, при цьому парогенератор встановлений на димарі або виконує роль димаря, забезпечений системою подачі водяної пари в камеру згорання, системою подачі води, а камера згорання забезпечена колосниками. При цьому парогенератор може бути забезпечений системою контролю надлишку водяної пари. Технічний результат корисної моделі, що заявляється, полягає в інтенсифікації процесів горіння та теплообміну, підвищенні ефективності згорання палива. Зовнішній вигляд парогенератора наведений на фіг. 1, де: а) вигляд збоку, в) вигляд зверху. Опалювальний котел, обладнаний парогенератором наведений на фіг. 2., де: 1. корпус парогенератора 2. порожнина для води 3. внутрішня стінка парогенератора 4. рівень води 5. підривний клапан 6. пристрій для підведення води 7. пробка 8. штуцер 9. паропровід, розташований назовні опалювального котла 10. каталізатор 11. димар 12. опалювальний котел 13. паропровід, розташований усередині котла 14. колосники 15. камера згорання (топка) 16. пристрій для подачі палива 17. пристрій для подачі повітря 18. пристрій для подачі водяної пари в камеру згорання 19. технологічний вузол для ревізії. Пристрій працює таким чином: Парогенератор наповнюють водою до необхідного рівня. У камеру згорання опалювального котла через пристрій подачі палива 16 завантажують будь-яке паливо і підпалюють його. Пристрій для подачі повітря 17 відкрито. У димар 11 поступають гарячі димові гази, і віддають тепло воді, яка знаходиться в парогенераторі 1. Парогенератор 1 розміщується на димарі 11 опалювального котла 12, або внутрішня стінка парогенератора 3 утворює димар. Для забезпечення безпеки на парогенераторі 1 встановлений підривний клапан 5. Водяна пара по паропроводу 9, розташованому назовні або усередині 13 опалювального котла 12 прямує в камеру згорання 15. Пристрій подачі повітря 17 закривається і водяна пара проходить по паропроводу 9, або 13 крізь пристрій 18 для подачі водяної пари в камеру згорання 15. Далі водяна пара крізь колосники 14 поступає на каталізатор 10, який розігрівається, при цьому температура горіння палива досягає 400-960 °C. Відбувається піроліз водяної пари на водень і кисень. Кисень окислює паливо та підтримує його горіння. Водень горить і виділяє додаткове тепло. При цих температурах всі хімічні реакції проходять з великою швидкістю. При цьому згорання палива відбувається при закритому пристрої подачі повітря 17. Проведення горіння палива в цих умовах дозволяє одночасно збільшити кількість корисного тепла на 28,4 % а також понизити його втрати на розігрів димових газів і підвищити пірометричний ефект горіння. Кисень, що виділяється, вистачає на якісне горіння палива. Експеримент показав, що навіть пелети, які вимагають великої кількості кисню і додаткового наддуву повітрям горять при закритому пристрої для подачі повітря 17. Дослідним шляхом встановлено стабільне збільшення часу горіння всіх видів палива. При однакової кількості дров час їх горіння при працюючому парогенераторі 1 збільшується 2-2,5 рази, а вугілля у 2,5-3 рази, при цьому збільшується кількість корисного тепла. Наприклад, 1,6 кг дров в процесі згорання звичайним способом за 25-30 хвилин свого горіння нагріли 150 літрів води на 2 UA 103457 U 5 10 15 20 4 градуси. При працюючому парогенераторі 1,6кг дров горять 70-80 хвилин і нагрівають це ж об'єм води на 6 градусів. При спалюванні вугілля бажано використовувати дрібну фракцію або вугільний пил, вони згорають краще. Дуже добрі результати отримані при спалюванні залишків шинної переробки (сажі) та вугілля. В процесі горіння вугілля час згорання збільшився 2,5 рази, тобто, більше 2,5 годин в порівнянні з однією контрольною годиною. При цьому 2,2 кг вугілля у присутності працюючого парогенератора нагріло 150 літрів води на 6 градусів вище, ніж така ж кількість вугілля при спалюванні звичайним способом. В процесі горіння палива при працюючому парогенераторі з димаря не йде дим. Оскільки в камеру згорання палива 15 не надходить повітря, що містить азот, зменшуються викидання діоксиду азоту в атмосферу. Все вище перелічене, приводить до значного зниження викидання шкідливих речовин в атмосферу і до істотної економії вуглеводневого палива, в порівнянні з відомим способом спалювання палива. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб ефективного спалювання палива без доступу атмосферного повітря у присутності водяної пари та продуктів її розкладання, який відрізняється тим, що подача водяної пари в зону горіння палива здійснюється у присутності каталізатора та у відсутності кисню повітря, з подальшою взаємодією палива та продуктів його згорання з водяною парою, при цьому піроліз водяної пари відбувається при температурі 400-960 °C та атмосферному тиску, а як каталізатор використовують залізо, нікель та їх оксиди. 3 UA 103457 U 4 UA 103457 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 5