[go: up one dir, main page]

RU2305129C1 - Method of utilizing fuel in superadiabatic mode - Google Patents

Method of utilizing fuel in superadiabatic mode Download PDF

Info

Publication number
RU2305129C1
RU2305129C1 RU2005141600/04A RU2005141600A RU2305129C1 RU 2305129 C1 RU2305129 C1 RU 2305129C1 RU 2005141600/04 A RU2005141600/04 A RU 2005141600/04A RU 2005141600 A RU2005141600 A RU 2005141600A RU 2305129 C1 RU2305129 C1 RU 2305129C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
combustion
temperature
heat
synthesis gas
Prior art date
Application number
RU2005141600/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Мирославович Карасевич (RU)
Александр Мирославович Карасевич
Евгений Алексеевич Пацков (RU)
Евгений Алексеевич Пацков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Промгаз" (ОАО "Промгаз")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Промгаз" (ОАО "Промгаз") filed Critical Открытое акционерное общество "Промгаз" (ОАО "Промгаз")
Priority to RU2005141600/04A priority Critical patent/RU2305129C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2305129C1 publication Critical patent/RU2305129C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

FIELD: heat engineering.
SUBSTANCE: invention is directed heat supply of buildings and constructions, and for various technological needs requiring hot water, steam, and hot air. In a method of utilizing fuel under superadiabatic two-step filtration burning to form synthesis gas (for further use with excess of oxidant), process temperature is raised and maintained at a level of 2000-2300 K by way of raising fuel heating temperature Tn within 350°C < Tn < 500°C owing to additional recuperation of heat. Through that, water dissociation step is achieved resulting in releasing hydrogen involved in the fuel burning process.
EFFECT: enabled utilization of alcohol hydrocarbon fuel types, including low-grade types, in particular wastes from forestry, wood working, hydrolysis, and agricultural industries, shales, brown coal, domestic garbage, and gaseous fuel.
3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для теплоснабжения зданий и сооружений, для различных технологических нужд, использующих горячую воду, пар и горячий воздух. Способ позволяет утилизировать все виды углеводородного топлива, включая его низкокачественные виды: некондиционный угольный метан, отходы лесозаготовительного, деревообрабатывающего, гидролизного, сельскохозяйственного и других производств, сланцы, бурый уголь, бытовые отходы.The invention relates to a power system and can be used for heat supply of buildings and structures, for various technological needs, using hot water, steam and hot air. The method allows to utilize all types of hydrocarbon fuel, including its low-quality types: substandard coal methane, waste from logging, woodworking, hydrolysis, agricultural and other industries, shale, brown coal, household waste.

Применение предлагаемого способа позволит утилизировать многие из указанных материалов, используемых в настоящее время ограниченно. Утилизация возобновляемых видов углеводородного сырья позволит снизить потребление невозобновляемых видов высококачественного сырья: каменный уголь, природный газ, жидкое топливо и др.The application of the proposed method will allow to utilize many of these materials, currently used in limited ways. Utilization of renewable types of hydrocarbons will reduce the consumption of non-renewable types of high-quality raw materials: coal, natural gas, liquid fuel, etc.

Известен способ сжигания твердых видов топлива в две стадии /1/. На первой стадии осуществляется воздушная или паровая конверсия с недостатком окислителя с образованием синтез-газа, содержащего водород Н2, окись углерода СО, другие органические соединения, дожигаемые на второй стадии в топках тепло-электрогенерирующих устройств.A known method of burning solid fuels in two stages / 1 /. At the first stage, air or steam conversion is carried out with a lack of an oxidizing agent to produce synthesis gas containing hydrogen H 2 , carbon monoxide CO, and other organic compounds burned in the furnaces of heat-generating devices in the second stage.

Недостатком указанного способа является отсутствие как временных, так и режимных параметров оптимизации режима конверсии.The disadvantage of this method is the lack of both temporary and operational parameters of the optimization of the conversion mode.

Известен также способ /2/, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, представляющий собой процесс фильтрационного горения в сверхадиабатическом режиме с температурами, превышающими температуры адиабатического горения.There is also known a method / 2 /, the closest in technical essence and the achieved result to the claimed one, which is a process of filtration combustion in a super-adiabatic mode with temperatures exceeding the temperature of adiabatic combustion.

Техническим результатом изобретения является осуществление процесса утилизация некондиционных видов топлива (торф, бурый уголь, дрова, горючие сланцы, бытовые отходы, отходы нефте-газодобычи и др.).The technical result of the invention is the implementation of the process of utilizing substandard types of fuel (peat, brown coal, firewood, oil shale, household waste, oil and gas production waste, etc.).

Технический результат достигается обеспечением возможности утилизации топлива путем создания высоких температур в режиме сверхадиабатического горения.The technical result is achieved by providing the possibility of fuel utilization by creating high temperatures in the regime of super-adiabatic combustion.

В способе утилизации топлива в сверхадиабатическом режиме посредством двухстадийного фильтрационного горения с рекуперацией тепла, образованием синтез-газа и последующей его утилизацией с избытком окислителя температуру процесса на второй стадии повышают и поддерживают на уровне 2000-2300К путем увеличения температуры подогрева топлива в пределах 350<Тн<500°С за счет дополнительной рекуперации тепла, при этом достигают стадии диссоциации воды с получением водорода, вовлекаемого в процесс горения, в качестве топлива.In the method of fuel utilization in the super-adiabatic mode by means of two-stage filtration combustion with heat recovery, synthesis gas formation and its subsequent utilization with an excess of oxidizing agent, the process temperature in the second stage is increased and maintained at the level of 2000-2300K by increasing the fuel heating temperature within 350 <T < 500 ° C due to additional heat recovery, while reaching the stage of dissociation of water to produce hydrogen, which is involved in the combustion process, as fuel.

Предложенный способ иллюстрируется схемой установки для реализации способа и графиками.The proposed method is illustrated by the installation diagram for implementing the method and graphs.

На фиг.1 представлены газогенератор с внешней и внутренней рекуперацией тепла и схема процесса: газогенератор содержит устройство 1 для загрузки топлива, реактор 2 с камерой 3 для образования синтез-газа, рекуператор 4, зольник 5, канал 6 для первичного воздуха, колосниковую решетку 7, жаровую трубу 8, камеру первичного горения 9, канал 10 вторичного воздуха, топку 11 энергетической установки.Figure 1 shows a gas generator with external and internal heat recovery and a process diagram: the gas generator contains a device 1 for loading fuel, a reactor 2 with a chamber 3 for the formation of synthesis gas, a recuperator 4, an ash pan 5, a channel 6 for primary air, a grate 7 , a flame tube 8, a primary combustion chamber 9, a secondary air channel 10, a furnace 11 of a power plant.

На фиг.2 - график расчетной зависимости выхода на стационарный режим конверсионной установки от массы загруженного вещества - Вm, кг.Figure 2 is a graph of the calculated dependence of the exit to the stationary mode of the conversion plant on the mass of the loaded substance - In m , kg

На фиг.3 - график, отражающий характер влияния влаги на процесс горения второй стадии, определяемый уровнем температур в топке 11 энергетической установки и температурой подогрева топлива.Figure 3 is a graph showing the nature of the influence of moisture on the combustion process of the second stage, determined by the temperature level in the furnace 11 of the power plant and the temperature of the fuel heating.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В устройство 1 газогенератора загружают твердое влажное топливо, в реактор 2 подают определенное количество первичного воздуха по каналу 6, смесь поджигают и начинается разогрев загружаемого топлива, сопровождаемый образованием синтез-газа. Синтез-газ поступает в жаровую трубу 8, куда подводят вторичный воздух по каналу 10 в количестве, обеспечивающем полное догорание синтез-газа. Продукты сгорания в соответствии с технологическими требованиями распределяются между рекуператором 4 и топкой 11 энергетической установки.Solid wet fuel is loaded into the device 1 of the gas generator, a certain amount of primary air is fed into the reactor 2 through the channel 6, the mixture is ignited and heating of the loaded fuel begins, accompanied by the formation of synthesis gas. The synthesis gas enters the flame tube 8, where secondary air is supplied through the channel 10 in an amount ensuring complete combustion of the synthesis gas. The combustion products in accordance with technological requirements are distributed between the recuperator 4 and the furnace 11 of the power plant.

График (фиг.2) расчетной зависимости выхода на стационарный режим позволяет рассчитать время выхода на стационарный режим конверсионной установки в зависимости от массы загруженного вещества - Bm (кг) и температуры в рекуператоре.The graph (figure 2) of the calculated dependence of the exit to the stationary mode allows you to calculate the time to exit to the stationary mode of the conversion plant depending on the mass of the loaded substance - B m (kg) and the temperature in the recuperator.

Сущность изобретения заключается в утилизации твердых влажных видов топлива (торф, бурый уголь, дрова, горючие сланцы, бытовые отходы, отходы нефтегазодобычи и др.) при высоких температурах в режиме сверхадиабатического горения с получением синтез-газа и использованием его в качестве газообразного топлива в энергетических установках.The invention consists in the utilization of solid wet fuels (peat, brown coal, firewood, oil shale, household waste, oil and gas waste, etc.) at high temperatures in the regime of super-adiabatic combustion to produce synthesis gas and use it as a gaseous fuel in energy installations.

Способ может быть использован также для утилизации некондиционной смеси угольного метана с воздухом. В настоящее время некондиционная взрывоопасная смесь угольного метана с воздухом (содержание метана варьируется в пределах 2,5-25 об.%) удаляется в атмосферу. Предлагаемый способ может позволить утилизировать некондиционные смеси угольного метана, в том числе при совместном его сжигании с твердыми видами топлива. Газовоздушная смесь с содержанием угольного метана менее 2,5% по объему может быть использована в данной установке в качестве дутья для сжигания твердого топлива. Установка для осуществления способа утилизации топлива может быть смонтирована в непосредственной близости от места добычи угольного метана.The method can also be used for the disposal of substandard mixtures of coal methane with air. At present, a substandard explosive mixture of coal methane with air (methane content varies between 2.5-25% vol.) Is removed to the atmosphere. The proposed method may allow to utilize substandard mixtures of coal methane, including when co-burning it with solid fuels. A gas-air mixture with a coal methane content of less than 2.5% by volume can be used in this installation as a blast for burning solid fuel. Installation for implementing the method of fuel utilization can be mounted in the immediate vicinity of the place of extraction of coal methane.

Режим сверхадиабатического горения достигается за счет:The super-adiabatic combustion mode is achieved due to:

- сгорания в реакторе водорода Н2, образующегося при термическом разложении углеводородного топлива и при диссоциации воды при температурах выше 2000К, и обладающего высокой теплотой сгорания; диффузионного потока водорода, обладающего высоким коэффициентом диффузии D, превышающим коэффициент температуропроводности, и термического разложения топлива; дополнительной подачи тепловой энергии в высокотемпературную зону термической воздушной или паровоздушной конверсии исходного топлива и обеспечения теплопередачи от рекуператора 4, расположенного во внешней части реактора 2, в который загружается утилизируемое топливо.- combustion in a hydrogen reactor H 2 formed during the thermal decomposition of hydrocarbon fuels and during the dissociation of water at temperatures above 2000K, and having a high calorific value; a diffusion flow of hydrogen having a high diffusion coefficient D exceeding the coefficient of thermal diffusivity and thermal decomposition of fuel; additional supply of thermal energy to the high-temperature zone of thermal air or steam-air conversion of the starting fuel and providing heat transfer from the recuperator 4 located in the outer part of the reactor 2, into which the utilized fuel is loaded.

При сжигании влажного углеводородного топлива традиционным способом влага снижает его теплоту и температуру горения из-за эндотермии испарения и нагрева воды. При температурах подогрева топлива Тн<350°С температура горения и тепловые эффекты с увеличением относительной влажности топлива падают, а при Тн>350°С - возрастают. Развивающиеся при этом температуры горения при Тн<350°С ниже температур адиабатического горения для соответствующего типа топлива, а при Тн>350°С - выше, т.е. начинает реализовываться один из режимов адиабатического горения. Таким образом, оптимальный диапазон температуры подогрева топлива 350<Тн<500°С.When burning wet hydrocarbon fuel in a traditional way, moisture reduces its heat and combustion temperature due to the endothermy of evaporation and heating of water. At fuel heating temperatures Tn <350 ° C, the combustion temperature and thermal effects decrease with increasing relative humidity of the fuel, and at Tn> 350 ° C they increase. The combustion temperatures developing in this case at T <350 ° C are lower than the adiabatic combustion temperatures for the corresponding type of fuel, and at T> 350 ° C they are higher, i.e. one of the adiabatic combustion regimes begins to be realized. Thus, the optimum temperature range for fuel heating is 350 <T <500 ° C.

Топливо загружается в газогенератор с рекуператором, где в начальный период времени происходит разогрев топлива до температуры конверсии. Далее процесс конверсии осуществляется в стационарном режиме.Fuel is loaded into a gas generator with a recuperator, where in the initial period of time the fuel is heated to a conversion temperature. Further, the conversion process is carried out in a stationary mode.

Время выхода на стационарный режим газогенератора определяется массой загруженного вещества, уровнем температур в зоне реакции.The time for reaching the stationary mode of the gas generator is determined by the mass of the loaded substance, the temperature level in the reaction zone.

Процесс утилизации топлива осуществляется в две стадии.The process of fuel utilization is carried out in two stages.

Первая стадия (паровая, воздушная или паровоздушная конверсия топлива) происходит с недостатком окислителя (характер конверсии зависит от вида окислителя - горячий водяной пар, воздух, смесь воздуха с паром) с образованием синтез-газа.The first stage (steam, air or steam-air fuel conversion) occurs with a lack of oxidizing agent (the nature of the conversion depends on the type of oxidizing agent - hot water vapor, air, air mixture with steam) with the formation of synthesis gas.

На второй стадии синтез-газ утилизируется в тепло/электрогенерирующих устройствах (котлы, турбины, двигатели внутреннего сгорания) с избытком окислителя, обеспечивающих полное сгорание синтез-газа.In the second stage, the synthesis gas is disposed of in heat / power generating devices (boilers, turbines, internal combustion engines) with an excess of oxidizing agent, which ensures complete combustion of the synthesis gas.

Достижение сверхадиабатического режима осуществляется за счет внешней и внутренней рекуперации тепла. Внутренняя рекуперация обусловлена, в частности, количеством водорода, образующегося в результате термического разложения углеводородного топлива и диссоциации воды, первоначально содержащейся в топливе. Внешняя рекуперация обеспечивается подачей в теплоизолированный рекуператор необходимого количества тепла, определяемого:The achievement of the super-adiabatic regime is carried out due to external and internal heat recovery. Internal recovery is due, in particular, to the amount of hydrogen generated as a result of the thermal decomposition of hydrocarbon fuels and the dissociation of water originally contained in the fuel. External recovery is provided by supplying to the heat-insulated heat exchanger the required amount of heat, determined by:

- выходом летучих горючих компонентов из загружаемого в реактор вещества - β;- the release of volatile combustible components from the substance loaded into the reactor - β;

- долей продуктов сгорания, подаваемых в рекуператор - β1;- the proportion of combustion products supplied to the recuperator - β 1 ;

- расходом загружаемого в реактор вещества - Bm;- the flow rate of the substance loaded into the reactor is B m ;

- теплотой сгорания образующегося синтез-газа -

Figure 00000002
;- the heat of combustion of the resulting synthesis gas -
Figure 00000002
;

- временем выхода установки на стационарный режим - t,- the time the unit goes to stationary mode - t,

зависящим от массы загруженного вещества, уровнем температуры в рекуператоре, определяемом конвективной и радиационной составляющими теплопередачи из рекуператора в реактор, теплопотерями в окружающее пространство.depending on the mass of the loaded substance, the temperature level in the recuperator, determined by the convective and radiation components of the heat transfer from the recuperator to the reactor, heat loss to the surrounding space.

Пример 1.Example 1

Режим сверхадиабатического горения достигается за счет сгорания в реакторе водорода Н2, образующегося при термическом разложении углеводородного топлива и диссоциации воды при температурах 2000-2300К, обладающего высокой теплотой сгорания. Фильтрационный процесс горения заключается в проникновении диффузионного потока водорода навстречу поступающей массе топлива. Водород обладает высоким коэффициентом диффузии D, превышающим коэффициент температуропроводности. Дополнительная подача тепловой энергии в высокотемпературную зону термической воздушной или паровоздушной конверсии исходного топлива и обеспечение теплопередачи от рекуператора 4, расположенного во внешней части реактора 2, в который загружается утилизируемое топливо, обеспечивают двухстадийный процесс термического разложения и дальнейшего сжигания топлива.The super-adiabatic combustion mode is achieved due to the combustion of hydrogen Н 2 in the reactor, which is formed during the thermal decomposition of hydrocarbon fuel and the dissociation of water at temperatures of 2000-2300K, which has a high heat of combustion. The filtration process of combustion consists in the penetration of a diffusion stream of hydrogen towards the incoming mass of fuel. Hydrogen has a high diffusion coefficient D, which exceeds the thermal diffusivity. An additional supply of thermal energy to the high-temperature zone of thermal air or steam-air conversion of the initial fuel and heat transfer from the recuperator 4 located in the outer part of the reactor 2, into which the utilized fuel is loaded, provide a two-stage process of thermal decomposition and further combustion of the fuel.

Первая стадияFirst stage

В устройство 1 газогенератора загружают твердое топливо - торф следующего состава: C48,12H59,52S0,094O20,875N1,785, где индексами указан поэлементный состав в грамм-атомах (С - углерод, Н - водород, S - сера, О - кислород, N - азот) на 1 кг топлива. Масса загружаемого топлива определяется его плотностью, объемом приемного устройства 1 и равна Мт=50 кг.Solid fuel - peat of the following composition is loaded into gas generator device 1: C 48.12 H 59.52 S 0.094 O 20.875 N 1.785 , where the indices indicate the element composition in gram atoms (C - carbon, H - hydrogen, S - sulfur, O - oxygen, N - nitrogen) per 1 kg of fuel. The mass of the loaded fuel is determined by its density, the volume of the receiving device 1 and is equal to M t = 50 kg.

Подогрев топлива осуществляют при температурах 350<Тн<500°С, в частности при Т 435°С значительно возрастают температура горения и удельное тепловыделение с увеличением влажности топлива.The fuel is heated at temperatures 350 <T <500 ° C, in particular at T 435 ° C, the combustion temperature and specific heat increase significantly with increasing fuel moisture.

В реактор 2 по каналу 6 подают воздушное дутье, расход которого зависит от массы загруженного топлива, режима поджога и процесса газификации, характеризуемого величиной коэффициента расхода кислородсодержащего дутья (α).Air blast is fed to the reactor 2 through channel 6, the flow rate of which depends on the mass of the loaded fuel, the arson mode and the gasification process, characterized by the value of the oxygen-containing blast flow coefficient (α).

Поджог топлива осуществляют в камере 3 для образования синтез-газа, составляющей 10% от объема устройства 1 для загрузки топлива, при стехиометрическом соотношении окислителя и топлива, равном А=7,26 кг воздуха/кг торфа. В данном примере расход воздуха равен 20 кг/час.The ignition of the fuel is carried out in the chamber 3 for the formation of synthesis gas, which is 10% of the volume of the device 1 for loading fuel, with a stoichiometric ratio of oxidizer and fuel equal to A = 7.26 kg of air / kg of peat. In this example, the air flow rate is 20 kg / h.

Начинается разогрев топлива, время которого определяется значениями параметров:The heating of the fuel begins, the time of which is determined by the values of the parameters:

- выходом летучих горючих компонентов из загружаемого в реактор топлива, равным для торфа β=0,47÷0,53;- the exit of volatile combustible components from the fuel loaded into the reactor, equal to peat β = 0.47 ÷ 0.53;

- расходом загружаемого в реактор топлива Bm=50 кг/час;- flow rate of fuel loaded into the reactor B m = 50 kg / h;

- теплотой сгорания образующегося синтез-газа

Figure 00000003
;- the heat of combustion of the resulting synthesis gas
Figure 00000003
;

- массой загруженного в бункер топлива Мт=50 кг;- the mass of fuel loaded into the hopper M t = 50 kg;

- уровнем температуры в реакционной зоне Тг=930-1200К;- the temperature level in the reaction zone T g = 930-1200K;

- коэффициентами конвективной

Figure 00000004
и радиационной
Figure 00000005
составляющими теплопередачи от стенки рекуператора к пиролизуемой массе топлива;- convective coefficients
Figure 00000004
and radiation
Figure 00000005
heat transfer components from the wall of the recuperator to the pyrolyzable mass of fuel;

- степенью черноты внутренней поверхности рекуператора ∈м=0,8;- the degree of blackness of the inner surface of the recuperator ∈ m = 0.8;

- теплопотерями в окружающее пространство ηпот=0,6-0,85.- heat loss to the surrounding space η sweat = 0.6-0.85.

При загрузке в бункер 50 кг топлива время прогрева равно 0,6 часа, при загрузке 100 кг - 1,2 часа, 200 кг - 2,4 часа, 400 кг - 5 час.When loading 50 kg of fuel into the hopper, the heating time is 0.6 hours, when loading 100 kg - 1.2 hours, 200 kg - 2.4 hours, 400 kg - 5 hours.

При выходе на стационарный режим процесс газогенерации в камере 3 для образования синтез-газа осуществляется при коэффициенте расхода воздушного окислителя α=0,3, характерным максимальным выходом синтез-газа 47% (СО+H2) в зависимости от α. Указанному значению α соответствует температура Тк=930К, до которой в реакторе 2 разогревают топливо. Расход воздушного дутья для пиролиза торфа равен 5 кг/час.Upon reaching the stationary mode, the gas generation process in chamber 3 for the formation of synthesis gas is carried out at an air oxidizer consumption coefficient α = 0.3, with a characteristic maximum synthesis gas yield of 47% (CO + H 2 ) depending on α. The indicated value of α corresponds to the temperature Tk = 930K, to which the fuel is heated in reactor 2. The consumption of air blast for pyrolysis of peat is 5 kg / h.

Увеличение относительной влажности предварительно не прогретого торфа от 0 до 50% снижает температуру газогенерации на 200 градусов, что сопровождается уменьшением выхода синтез-газа на 4% (с 47 до 43%).An increase in the relative humidity of previously unheated peat from 0 to 50% reduces the temperature of gas generation by 200 degrees, which is accompanied by a decrease in the yield of synthesis gas by 4% (from 47 to 43%).

Экспериментально получено увеличение доли синтез-газа из пиролизуемой массы торфа в реакторе 2 до 53% при увеличении температуры пиролиза топлива до Т=1200К, достигаемое подачей в рекуператор 30% продуктов сгорания из топки 11.An increase in the proportion of synthesis gas from the pyrolyzable mass of peat in the reactor 2 to 53% was obtained experimentally with an increase in the pyrolysis temperature of the fuel to T = 1200K, achieved by feeding 30% of the combustion products from the furnace 11 to the recuperator.

Вторая стадияSecond stage

Синтез-газ подают в жаровую трубу 8, подводят вторичный воздух по каналу 10 с расходом 14,5 кг/час, обеспечивающим полное сгорание синтез-газа. Горение начинается в камере первичного горения 9 и заканчивается в топке 11 энергетической установки. Суммарный коэффициент расхода воздушного окислителя равен α=1,15 с учетом первичного воздуха.The synthesis gas is fed into the flame tube 8, secondary air is supplied through the channel 10 with a flow rate of 14.5 kg / h, which ensures complete combustion of the synthesis gas. The combustion begins in the primary combustion chamber 9 and ends in the furnace 11 of the power plant. The total coefficient of consumption of the air oxidizer is α = 1.15, taking into account primary air.

Экспериментально подтверждено (фиг.3), что характер влияния влаги на процесс горения второй стадии определяется уровнем температур в топке 11 энергетической установки, зависящим от температуры подогрева топлива. При начальном подогреве топлива, осуществляемом, в частности, с помощью рекуператора 4 от 20 до 350°С, температура горения с увеличением влажности снижается с 2218 до 2010К. Дальнейший рост температуры подогрева топлива (>350°С), в частности до 435°С, характеризуется ростом температуры горения синтез-газа с 2218 до 2270К и удельного тепловыделения с увеличением влажности топлива. Дополнительную рекуперацию тепла обеспечивают достижением стадии диссоциации воды с получением водорода, вовлекаемого в процесс горения в качестве топлива. Повышение температуры подогрева всей массы топлива в устройстве 1 обеспечивается ростом теплонапряженности в рекуператоре 4, что достигается увеличением количества подаваемых в рекуператор 4 продуктов сгорания до 30%. Теплонапряженность в рекуператоре 4 также растет с увеличением температуры горения в топке 11.Experimentally confirmed (figure 3) that the nature of the influence of moisture on the combustion process of the second stage is determined by the temperature level in the furnace 11 of the power plant, depending on the temperature of the fuel heating. During the initial heating of the fuel, carried out, in particular, with the help of a recuperator 4 from 20 to 350 ° C, the combustion temperature decreases with an increase in humidity from 2218 to 2010K. A further increase in the temperature of fuel heating (> 350 ° C), in particular up to 435 ° C, is characterized by an increase in the temperature of synthesis gas combustion from 2218 to 2270K and specific heat with an increase in the humidity of the fuel. Additional heat recovery is provided by reaching the stage of water dissociation to produce hydrogen, which is involved in the combustion process as fuel. An increase in the temperature of heating the entire mass of fuel in the device 1 is provided by an increase in heat stress in the recuperator 4, which is achieved by increasing the amount of combustion products supplied to the recuperator 4 to 30%. The heat intensity in the recuperator 4 also increases with increasing combustion temperature in the furnace 11.

Пример 2 осуществления способа при подаче газообразного топливаExample 2 of the method for the supply of gaseous fuel

Режим сверхадиабатического горения достигается за счет сгорания в реакторе водорода Н2, образующегося при термическом разложении углеводородного топлива и диссоциации воды при температурах 2000-2300К, обладающего высокой теплотой сгорания. Фильтрационный процесс горения заключается в проникновении диффузионного потока водорода навстречу поступающей массе топлива. Водород обладает высоким коэффициентом диффузии D, превышающим коэффициент температуропроводности. Дополнительная подача тепловой энергии в высокотемпературную зону термической воздушной или паровоздушной конверсии исходного топлива и обеспечение теплопередачи от рекуператора 4, расположенного во внешней части реактора 2, в который загружается утилизируемое топливо, обеспечивают двухстадийный процесс термического разложения и дальнейшего сжигания топлива.The super-adiabatic combustion mode is achieved due to the combustion of hydrogen Н 2 in the reactor, which is formed during the thermal decomposition of hydrocarbon fuel and the dissociation of water at temperatures of 2000-2300K, which has a high heat of combustion. The filtration process of combustion consists in the penetration of a diffusion stream of hydrogen towards the incoming mass of fuel. Hydrogen has a high diffusion coefficient D, which exceeds the thermal diffusivity. An additional supply of thermal energy to the high-temperature zone of thermal air or steam-air conversion of the initial fuel and heat transfer from the recuperator 4 located in the outer part of the reactor 2, into which the utilized fuel is loaded, provide a two-stage process of thermal decomposition and further combustion of the fuel.

При утилизации газообразного топлива (с небольшими добавками твердого углеводородного сырья) газогенератор гидроизолируется от окружающего пространства.When utilizing gaseous fuels (with small additions of solid hydrocarbon feedstocks), the gas generator is waterproofed from the surrounding area.

Первая стадияFirst stage

В устройство 1 газогенератора подают шахтный метан (метано-воздушная смесь переменного состава и дебита, удаляемая из угольных шахт вакуумными насосами) некондиционного состава с содержанием метана от 16 до 25% (об.). Некондиционной является метано-воздушная смесь с содержанием метана от 2,5 до 25% (об.). Смеси с содержанием метана от 5 до 15% являются взрывоопасными и удаляются в атмосферу. Метано-воздушные смеси с содержанием метана от 2,5 до 5% могут утилизироваться в газогенераторах в качестве дутья.Mine methane (a methane-air mixture of variable composition and flow rate removed from coal mines by vacuum pumps) of substandard composition with a methane content of 16 to 25% (vol.) Is fed to gas generator device 1. Substandard is a methane-air mixture with a methane content of 2.5 to 25% (vol.). Mixtures with a methane content of 5 to 15% are explosive and are released into the atmosphere. Methane-air mixtures with a methane content of 2.5 to 5% can be disposed of in gas generators as blast.

В данном примере в газогенератор подают 22% метано-воздушную смесь (с твердыми добавками до 1%) - топливо. Масса загружаемого топлива определяется объемом приемного устройства 1, плотностью топлива и равна Мт=100 кг. Розжиг топлива осуществляют путем подачи воздушного дутья в реактор 2 по каналу 6, расход которого определяется массой и составом загруженного топлива. Подогрев топлива от 20 до 350°С снижает температуру горения по мере увеличения влажности. Рост температуры подогрева топлива (>350°С), в частности до 500°С, способствует повышению температуры горения. Розжиг топлива осуществляют в камере для образования синтез-газа 3, составляющей 20% от объема устройства для загрузки топлива 1. При стехиометрическом соотношении окислителя и топлива, равном А=17,2 кг воздуха/кг топлива, в камеру 3 подают 210 кг воздуха. После воспламенения смеси подачу первичного дутья прекращают. Начинают разогрев загружаемого топлива, который сопровождается конверсией (химическим превращением) с образованием синтез-газа. Время прогрева загруженной смеси определяется массой топлива в газогенераторе Мт=100 кг, расходом топлива Bm=50 кг/час, теплотой сгорания образующегося синтез-газа, уровнем температуры в камере 3, коэффициентами конвективной и радиационной составляющих теплопередачи от стенки рекуператора к конверсируемой массе, степенью черноты внутренней поверхности рекуператора, теплопотерями в окружающее пространство.In this example, 22% methane-air mixture (with solid additives up to 1%) is fed to the gas generator - fuel. The mass of the loaded fuel is determined by the volume of the receiving device 1, the density of the fuel and is equal to M t = 100 kg. Ignition of the fuel is carried out by feeding air blast into the reactor 2 through channel 6, the flow rate of which is determined by the mass and composition of the loaded fuel. Heating fuel from 20 to 350 ° C reduces the combustion temperature as humidity increases. An increase in the temperature of fuel heating (> 350 ° C), in particular up to 500 ° C, contributes to an increase in the combustion temperature. Ignition of the fuel is carried out in the chamber for the formation of synthesis gas 3, which is 20% of the volume of the device for loading fuel 1. With a stoichiometric ratio of oxidizer and fuel equal to A = 17.2 kg of air / kg of fuel, 210 kg of air is supplied to chamber 3. After ignition of the mixture, the supply of primary blast is stopped. The heating of the loaded fuel begins, which is accompanied by conversion (chemical conversion) with the formation of synthesis gas. The heating time of the loaded mixture is determined by the mass of fuel in the gas generator M t = 100 kg, fuel consumption B m = 50 kg / h, the heat of combustion of the resulting synthesis gas, the temperature level in chamber 3, the coefficients of the convective and radiation components of the heat transfer from the heat exchanger wall to the converted mass , the degree of blackness of the inner surface of the recuperator, heat loss to the surrounding space.

При выходе на стационарный режим процесс конверсии в камере 3 образования синтез-газа осуществляют с коэффициентом расхода воздушного окислителя α=0,37. Воздушная конверсия сопровождается образованием синтез-газа (Н2, H2O, N2, NH3, СО, CO2, СН4), калорийность которого зависит от количества (СО+Н2) в его составе.When entering the stationary mode, the conversion process in the synthesis gas production chamber 3 is carried out with an air oxidizer consumption coefficient α = 0.37. Air conversion is accompanied by the formation of synthesis gas (H 2 , H 2 O, N 2 , NH 3 , CO, CO 2 , CH 4 ), the calorific value of which depends on the amount of (CO + H 2 ) in its composition.

Экспериментально подтверждено увеличение доли синтез-газа от 35,8 до 43,5% при увеличении температуры конверсии от 900 до 1200К, достигаемое подачей в рекуператор 4 продуктов сгорания из топки энергетической установки 11.The increase in the proportion of synthesis gas from 35.8 to 43.5% with an increase in the conversion temperature from 900 to 1200K, achieved by supplying 4 products of combustion from the furnace of the power plant 11 to the recuperator, was experimentally confirmed.

Вторая стадияSecond stage

Синтез-газ подают в жаровую трубу 8, подводят вторичный воздух по каналу 10 с расходом 14,5 кг/час, обеспечивающим полное сгорание синтез-газа. Горение начинается в камере первичного горения 9 и заканчивается в топке 11 энергетической установки. Суммарный коэффициент расхода воздушного окислителя с учетом первичного воздуха равен α=1,15. Адиабатическая температура горения синтез-газа в воздушном дутье равна 2090К, достижение которой в реальных условиях требует повышенной теплоизоляции топки 11 энергетической установки. Протекание процесса горения на второй стадии определяется начальным теплосодержанием топлива, зависящим от его предварительного нагрева, и относительной влажности. Дополнительную рекуперацию тепла обеспечивают достижением стадии диссоциации воды с получением водорода, вовлекаемого в процесс горения в качестве топлива.The synthesis gas is fed into the flame tube 8, secondary air is supplied through the channel 10 with a flow rate of 14.5 kg / h, which ensures complete combustion of the synthesis gas. The combustion begins in the primary combustion chamber 9 and ends in the furnace 11 of the power plant. The total coefficient of consumption of the air oxidizer, taking into account the primary air, is α = 1.15. The adiabatic combustion temperature of the synthesis gas in the air blast is 2090K, the achievement of which in real conditions requires increased thermal insulation of the furnace 11 of the power plant. The course of the combustion process in the second stage is determined by the initial heat content of the fuel, depending on its pre-heating, and relative humidity. Additional heat recovery is provided by reaching the stage of water dissociation to produce hydrogen, which is involved in the combustion process as fuel.

Характер влияния влаги на процесс горения определяется уровнем температур в топке 11 энергетической установки, зависящим от температуры подогрева топлива. При подогреве топлива, осуществляемом с помощью рекуператора 4 от 20 до 350°С, температура горения с увеличением влажности снижается с 2090 до 1920К. Дальнейший рост температуры подогрева топлива (>350°С), в частности до 500°С, характеризуется ростом температуры горения синтез-газа с 2090 до 2300К и удельного тепловыделения с увеличением влажности топлива. Достижение процессом указанных температур обеспечивает стадию диссоциации воды с получением водорода, вовлекаемого в процесс горения в качестве топлива.The nature of the influence of moisture on the combustion process is determined by the temperature level in the furnace 11 of the power plant, depending on the temperature of the fuel heating. When fuel is heated using recuperator 4 from 20 to 350 ° C, the combustion temperature decreases with increasing humidity from 2090 to 1920K. A further increase in the temperature of fuel heating (> 350 ° C), in particular up to 500 ° C, is characterized by an increase in the temperature of combustion of synthesis gas from 2090 to 2300K and specific heat with an increase in the humidity of the fuel. When the process reaches the indicated temperatures, it provides the stage of water dissociation to produce hydrogen involved in the combustion process as fuel.

Осуществление способа утилизации топлива в режиме высоких температур позволяет получать синтез-газ, который может быть использован в качестве газообразного топлива в энергетических установках для получения тепловой или(и) электрической энергии, а также в технологических установках для получения водорода, синтетического моторного топлива.The implementation of the method of fuel utilization in high temperature mode allows to obtain synthesis gas, which can be used as gaseous fuel in power plants to produce thermal or (and) electric energy, as well as in process plants for producing hydrogen, synthetic motor fuel.

Список использованных источниковList of sources used

1. Бохан Н.И., Ловкис В.Б., Носко В.В., Фалюшин Н.И. Газогенераторы. - Новости теплоснабжения, 2004, №8, с.16-18.1. Bokhan N.I., Lovkis V.B., Nosko V.V., Falyushin N.I. Gas generators. - News of heat supply, 2004, No. 8, p.16-18.

2. Манелис Г.Б., Фурсов В.П., Стесик Л.Н., Яковлева Г.С., Полианчик Е.В., Альков Н.Г. Способ переработки отходов, содержащих углеводороды. Патент РФ № RU 02116570 С1 19980727.2. Manelis G.B., Fursov V.P., Stesik L.N., Yakovleva G.S., Polianchik E.V., Alkov N.G. A method of processing waste containing hydrocarbons. RF patent No. RU 02116570 C1 19980727.

Claims (1)

Способ утилизации топлива в сверхадиабатическом режиме посредством двухстадийного фильтрационного горения с образованием синтез-газа, с последующей его утилизацией с избытком окислителя, отличающийся тем, что температуру процесса поддерживают на уровне 2000-2300 К путем увеличения температуры подогрева топлива Тн в пределах 350°С<Тн<500°С за счет дополнительной рекуперации тепла с достижением стадии диссоциации воды с получением водорода, вовлекаемого в процесс горения в качестве топлива.The method of fuel utilization in super-adiabatic mode by means of two-stage filtration combustion with the formation of synthesis gas, followed by its utilization with an excess of oxidizing agent, characterized in that the process temperature is maintained at 2000-2300 K by increasing the fuel heating temperature Tn within 350 ° C <Tn <500 ° C due to additional heat recovery with reaching the stage of water dissociation with the production of hydrogen involved in the combustion process as fuel.
RU2005141600/04A 2005-12-30 2005-12-30 Method of utilizing fuel in superadiabatic mode RU2305129C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141600/04A RU2305129C1 (en) 2005-12-30 2005-12-30 Method of utilizing fuel in superadiabatic mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141600/04A RU2305129C1 (en) 2005-12-30 2005-12-30 Method of utilizing fuel in superadiabatic mode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2305129C1 true RU2305129C1 (en) 2007-08-27

Family

ID=38597101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005141600/04A RU2305129C1 (en) 2005-12-30 2005-12-30 Method of utilizing fuel in superadiabatic mode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2305129C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182276U1 (en) * 2017-10-31 2018-08-10 Станислав Александрович Малютин Gas-vapor destructor of low pressure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1341755A (en) * 1970-02-24 1973-12-25 Destrugas As Method for disposal of refuse by degasifying and gasification thereof
US4375402A (en) * 1980-08-26 1983-03-01 Occidental Research Corporation Pyrolysis process
RU2014346C1 (en) * 1988-08-05 1994-06-15 Визенгрунд Томас Method of processing wastes
RU2116570C1 (en) * 1996-09-02 1998-07-27 Институт химической физики в Черноголовке РАН Method of processing hydrocarbon-containing wastes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1341755A (en) * 1970-02-24 1973-12-25 Destrugas As Method for disposal of refuse by degasifying and gasification thereof
US4375402A (en) * 1980-08-26 1983-03-01 Occidental Research Corporation Pyrolysis process
RU2014346C1 (en) * 1988-08-05 1994-06-15 Визенгрунд Томас Method of processing wastes
RU2116570C1 (en) * 1996-09-02 1998-07-27 Институт химической физики в Черноголовке РАН Method of processing hydrocarbon-containing wastes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182276U1 (en) * 2017-10-31 2018-08-10 Станислав Александрович Малютин Gas-vapor destructor of low pressure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4415339A (en) Solar coal gasification reactor with pyrolysis gas recycle
Das et al. Single particle combustion studies of coal/biomass fuel mixtures
US7749291B2 (en) Three-stage gasification—biomass-to-electricity process with an acetylene process
Chawdhury et al. Development of a small downdraft biomass gasifier for developing countries
Lin Development of a high yield and low cycle time biomass char production system
KR100952609B1 (en) Up and down draft type combined gasifier
Dasappa Thermochemical conversion of biomass
Murad et al. Heat generators with TLUD gasifier for generating energy from biomass with a negative balance of CO2
RU2305129C1 (en) Method of utilizing fuel in superadiabatic mode
Ryzhkov et al. Development of low-temperature thermochemical conversion reactors for coal power engineering
RU2536719C2 (en) Method of enrichment of alternative, carbon-containing, low calorie wastes for use in furnace plants
Olanrewaju et al. Investigation of the heat release rate and particle generation during fixed bed gasification of sweet sorghum stalk
Baláš et al. The effect of temperature on the gasification process
WO2017163266A1 (en) System and method for producing hydrogen rich syngas for hydrogen generation
CN106062481A (en) Apparatus for firing and combustion of syngas
JP2020105451A (en) Gasification furnace using biomass raw material
Lin Development of an updraft fixed bed gasifier with an embedded combustor fed by solid biomass
US20030200905A1 (en) Process for making a gas from solid fuels and burning the gas in a close coupled combustor to produce clean heat
KR102168472B1 (en) Generation system utilizing coal gasification syngas and FT reaction off-gas
Kosov et al. Development and optimization of a two-stage gasifier for heat and power production
Kislov et al. Biomass gasification under combustion conditions with superadiabatic heating
Lin et al. Thermochemical conversion characteristics of a single wood pellet in a convective low‐temperature air environment
WO1981002620A1 (en) Procedure for two stage combustion of wood,peat and related fuels
Othman et al. Study of Combustion Performance of Syngas from Biomass Waste (Wood Waste) in a Gas Burner
CN218626873U (en) Sludge incineration boiler for treating municipal sludge

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191231