Топливная суспензия

Авторы патента:

F23K1/02 - смешивание твердого топлива с жидкостью, например приготовление суспензий

C10L1/32 - в виде угольно-нефтяных суспензий или водных эмульсий

Владельцы патента RU 2731605:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Топливная суспензия содержит уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду. Используют изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора используют гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%: уголь (до 200 мкм) 50, изопропиловый спирт 3-8, гидроксид натрия 0,25, вода – остальное. Технический результат - изобретение позволяет интенсифицировать процесс распыла суспензии и предотвратить расслоение суспензии на уголь и жидкую составляющую. 1 табл.

Изобретение относится к водоугольному топливу, а именно к жидкому углеродсодержащему топливу в виде суспензии, которое может быть использовано на теплоэлектростанциях, в металлургической промышленности, в котельных установках и других теплогенерирующих системах, работающих на жидком топливе.

Известна топливная суспензия [RU 2173817 C1, МПК F23K 1/02 (2000.01), опубл. 20.09.2001], представляющая собой взвесь пылевидного угля в воде с добавлением органического пластификатора с гранулометрическими размерами 0,005-0,5 мкм при следующем содержании компонентов, мас. %:

уголь (до 200 мкм)	60-65
органический пластификатор	5-15
вода	остальное

В качестве органического пластификатора использованы твердые бытовые и/или промышленные отходы.

Известна спиртоводоугольная суспензия [RU 94019206 А1, МПК C10L1/32, опубл. 10.01.1996], представляющая собой смесь угля, спирта и воды при следующем содержании компонентов, мас.%:

мелкодисперсный уголь	45-75
техническая смесь спиртов	20-40
вода	остальное

Известна топливная суспензия [Садовский Д.Ю., Савицкий Д.П., Пахарь Т.А. Получение топливных дисперсных систем на основе природных углей и низших спиртов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2013. - №3. - С. 5-10], выбранная в качестве прототипа, которая представляет собой смесь при следующем содержании компонентов, мас. %:

мелкодисперсный уголь (до 200 мкм)	60
пластификатор Na₂CO₃	1
спирт C₂H₅OH	5-30
вода	остальное

Однако для указанных топливных суспензий не известны их низшая теплота сгорания и время задержки зажигания, которые необходимы для их широкого применения в энергетике.

Техническим результатом предложенного изобретения является разработка состава топливной суспензии.

Предложенная топливная суспензия, так же, как в прототипе, содержит уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду.

Согласно изобретению в топливной суспензии использован изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора использован гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь (до 200 мкм)	50
изопропиловый спирт	3 - 8
гидроксид натрия	0,25
вода	остальное

Использование в составе предложенной топливной суспензии изопропилового спирта CH₃CH(OH)CH₃ - простейшего вторичного спирта алифатического ряда, позволяет интенсифицировать процесс распыла суспензии, а использование гидроксида натрия NaOH предотвращает расслоение суспензии на уголь и жидкую составляющую.

Полученная топливная суспензия обладает низшей теплотой сгорания от 17,13 до 18,63 МДж/кг и временем задержки зажигания от 1,51 до 2,53 с при температуре 1273 K.

В таблице 1 представлены примеры составов с характерным количественным содержанием компонентов топливной суспензии и их сравнительные характеристики.

Для получения топливной суспензии использовали каменный уголь марки Д (длиннопламенный), содержащий 70-80% углерода, 0,5-1% серы, 19-29,5% прочих элементов. Зольность этого угля составляет 24-30%, влажность - 17,5-19%. Содержание летучих веществ составляет 39-42%.

Первичный помол угля осуществляли в шаровой барабанной мельнице при соотношении по массе один к трем с мелющими телами. После помола просеяли полученный уголь через сито с размером решетки 200 мкм. Затем 300 г мелкодисперсного угля поместили в керамический барабан шаровой барабанной мельницы объемом 2 литра с мелющими телами, при массовом соотношении угля и мелющих тел 1:1, добавив 280,5 г воды, 18 г изопропилового спирта, 1,5 г пластификатора NaOH. Помол осуществляли в течение 5 часов. В результате получили топливную суспензию при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь	50
изопропиловый спирт	3
гидроксид натрия	0,25
вода	46,75

Для уменьшения вязкости полученную суспензию подвергли дополнительной обработке: акустическому, механическому и гидродинамическому воздействию в роторном аппарате модуляции потоков [Larionov, K.B., Zenkov, A.V., Yankovsky, S.A., Ditc, A.A. Change of coal-water fuel rheological properties by rotary flows modulation // International Forum on Strategic Technology. - 2017. - 7884323. - P. 568-571].

При определении времени задержки зажигания полученной топливной суспензии выполняли видеорегистрацию процессов при помощи высокоскоростной видеокамеры Photron Fastcam SA4 (максимальная скорость съемки 3600 кадров в секунду при полном разрешении 1024х1024 пикселей, размер пикселя 20⋅10^-6 м, глубина цвета 12 бит). Данные записывали в память видеокамеры и обрабатывали с помощью персонального компьютера (программное обеспечение Photron Fastcam Viewer).

Определение времени задержки зажигания топливной суспензии проводили в несколько этапов. В терморегулируемой печи с помощью регулятора температуры установили требуемую температуру 1273°K. Нагрев осуществили подачей напряжения на нихромовую проволоку Х20Н80 диаметром 0,4⋅10^-3 м. Каплю топливной суспензии разместили на подложке дозатором, после чего подложку с размещенной на ней каплей поместили в центр керамического цилиндра, установленного внутри терморегулируемой печи. Регистрацию температуры осуществляли при помощи термопары, помещенной в центр керамического цилиндра. Временем задержки зажигания считали время от момента входа подложки с каплей в фокус видеокамеры до появления свечения вокруг нее, соответствующего началу процесса горения.

Измерение теплоты сгорания топливной суспензии производили в соответствии с ГОСТ 33299-2015 «Топлива углеводородные жидкие. Определение теплоты сгорания в калориметрической бомбе (точный метод)».

Время задержки зажигания полученной топливной суспензии при температуре 1273 K составило 2,53 с, а низшая теплота сгорания составила 17,13 МДж/кг (таблица 1).

Характеристики других составов топливной суспензии представлены в таблице 1.

Топливная суспензия, содержащая уголь с размером частиц до 200 мкм, спирт, пластификатор и воду, отличающаяся тем, что используют изопропиловый спирт, а в качестве пластификатора используют гидроксид натрия при следующем содержании компонентов, мас.%:

уголь (до 200 мкм)	50
изопропиловый спирт	3-8
гидроксид натрия	0,25
вода	остальное

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено при сжигании твердого топлива. Устройство для газификации твердого топлива с применением механического и плазменного воздействия содержит блок дробления топлива, вихревой канал, форсунку для подачи топлива и плазмотроны, связанные между собой блоки первой и второй ступеней газификации, выполненные с обеспечением последовательного прохождения потока топлива и плазмы из блока первой ступени в блок второй ступени.

Способ сжигания твердых углеродосодержащих топлив или отходов // 2622596

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для преобразования тепловой энергии в механическую или электрическую энергию, в стационарных и передвижных теплоэлектростанциях, а также в транспортных средствах.

Способ приготовления водосодержащей топливно-угольной суспензии // 2611630

Изобретение относится к области топливной энергетики, а именно к способу приготовления водосодержащей топливно-угольной суспензии, включающему диспергирование мазута марки М40, содержащего 1 мас.% воды, в количестве 60 мас.%, измельчение сухого угля в количестве 40 мас.% или отсева его в дробилке до фракции менее 10 мм, подачу смеси вода-мазут и измельченного угля в смеситель, смешение их в смесителе, при последующем направлении смеси на следующий этап диспергирования крупного помола, доизмельчение суспензии в измельчителе тонкого помола, после чего суспензия приобретает гомогенность и стабильные реологические свойства, благодаря выделенным из угля гуминовым кислотам и гуматам.

Способ получения и сжигания композиционного кавитационного топлива из нефтяного кокса // 2565651

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технологии сжигания нефтяного кокса. Нефтяной кокс - продукт глубокой переработки нефти, который в нашей стране в качестве топлива используют совсем недавно.

Способ сжигания жидкого угольного топлива // 2552016

Изобретение относится к теплоэнергетике, к области сжигания ожиженного угольного топлива в топках паровых котлов и других теплогенерирующих установок. Способ сжигания жидкого угольного топлива включает подготовку твердого углеродсодержащего вещества в качестве дисперсной фазы в жидкой дисперсной среде к сжиганию, подачу топливной дисперсной системы в пневмомеханические форсунки, газовое вдувание и распыление ее на факелах в камере сгорания и съем тепловой нагрузки теплоносителем в виде нагретого водяного пара.

Способ стабилизации жидкого угольного топлива // 2552013

Изобретение относится к теплоэнергетике. Способ стабилизации жидкого угольного топлива в виде суспензионно-эмульсионной системы при его хранении и транспортировании в цистернах путем пузырькового перемешивания дисперсной фазы и дисперсной среды.

Водоугольная электростанция // 2525035

Изобретение относится к средствам генерации тепловой и электрической энергий. В водоугольном топливе нанопорошок угля смешивается с водой в необходимом стехиометрическом соотношении, пневмофорсунка подает топливо в реакционный канал, при входе в который «язык» плазмогенератора полностью разлагает воду на кислород и водород, частично разлагает зольные продукты угля на кислород и соответствующие элементы, далее образуются метан и углекислый газ, плазмогенератор отключается, т.к.

Способ приготовления дисперсной водотопливной смеси и котельная установка с системами приготовления и сжигания указанной смеси // 2468294

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях с паросиловыми установками, работающими на твердом пылевидном (угольная пыль) или на тяжелом жидком (мазут) топливе и оборудованными системой химводоочистки (ХВО).

Устройство для сжигания водоугольного топлива // 2460014

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидкого, в том числе водоугольного топлива (ВУТ) в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах, и обеспечивает при его использовании однородность температур по объему топки.

Способ переработки твердого топлива в жидкое // 2446202

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к переработке твердого топлива в жидкое, и получения беззольного водоугольного топлива (ВУТ) для сжигания в топках котлов тепловых электростанций.

Эмульсии типа масло в воде // 2731091

Изобретение описывает эмульсию типа масло в воде для применения в качестве топлива, которая содержит масляную фазу и водную фазу, по меньшей мере одно первичное поверхностно-активное вещество, выбранное из одного или нескольких веществ группы, состоящей из жирных алкиламинов, этоксилированных жирных алкиламинов, этоксилированных жирных алкилмоноаминов, метилированных жирных алкилмоноаминов, метилированных жирных алкиламинов и четвертичных жирных алкиламинов; в пределах от больше 0,3 до 2,0% масс вторичного поверхностно-активного вещества, выбранного из одного или нескольких лигнинаминов; и одну или несколько органических кислот; где масляная фаза диспергирована в водной фазе и где эмульсия типа масло в воде имеет следующие характеристики: средний размер капель (D[4,3]) в пределах от 3 до 15 мкм, где средний размер капель выражен в виде среднего значения с моментами по объему, определенного с использованием методик рассеяния света; меньше 3% масс капель имеет размер частиц больше 125 мкм, где размер капель определен с использованием методик рассеяния света; и вязкость больше 100 и до 700 мПа⋅с при 50°C±10% и 20 с-1±10%, где вязкость определена с использованием вискозиметра с коаксиальными цилиндрами.