Способ свч-розжига древесного вида топлива (древесные отходы, дрова) с высоким влагосодержанием

Авторы патента:

F23Q5/00 - Импульсное зажигание, т.е. зажигание искрой, образуемой между электродами (при разрыве контактов в цепи, предназначенное для двигателей внутреннего сгорания F02P 15/00)

C10L9/00 - Обработка твердого топлива с целью улучшения его сгорания

Владельцы патента RU 2750102:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) (RU)

Изобретение описывает способ СВЧ-розжига древесного вида топлива с высоким влагосодержанием, характеризующийся тем, что перед СВЧ-воздействием твердое древесное топливо измельчают до 3-10 см, удаляют из него металлические включения и увлажняют до влагосодержания от 15 до 70%. Технический результат заключается в быстром и эффективном нагреве с последующим розжигом топлива до температуры 250-300°С, сокращении продолжительности розжига, разогреве внутренних слоев топлива до температуры 300-350°С, снижении вредных выбросов СО и NO_x на 5-12%, повышении мощности котла, разложении сложных углеводородов, возможности регулирования режимов наладки мощностей котлоагрегатов при разных состояниях влажного топлива без обработки. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии розжига (поджогу) в энергетических котлах древесного твердого топлива с высоким значением влажности. Способ заключается в кратковременном СВЧ воздействии на влажное твердое топливо в высокоградиентном СВЧ поле с введением в топку направленного потока СВЧ излучения. Твердое топливо в виде кусков, гранул или сыпучем виде размещается в топке котлоагрегата и подвергается воздействию СВЧ поля. Поджог материалов происходит до возникновения на поверхности топлива глубоких трещин и повышения температуры топлива до образования раскаленных углей. Окончанием стадии процесса розжига является возникновение незатухающего факела активационных летучих углеводородов, выходящих из топлива.

Монтаж СВЧ-генератора возможен в уже существующие котельные установки, без существенной реконструкции котла. Метод основан на избирательном воздействии электромагнитного поля дипольные молекулы воды, которые, поглощая микроволновое излучение, приобретают колебательное движение, непрерывно ориентируясь в направлении меняющегося поля. Неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их заряда, в результате чего и повышается частота их столкновений. Данные процессы являются причиной молекулярного трения, что приводит к тепловыделению и нагреванию диэлектрического материала изнутри.

Частота микроволн электромагнитного поля составляет 2450 МГц или 2,45 ГГц. Микроволны воздействуют на молекулы воды в предмете, заставляя их вращаться с частотой миллионы раз в секунду, создавая молекулярное трение, что в свою очередь приводит к нагреванию предмета.

Скорость распространения микроволн зависит от среды или материала, в котором они движутся. Данные значения характеризуются абсолютным показателем преломления среды, равная отношению скоростей с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде:

где ξ, μ - электрическая и магнитная проницаемость среды;

С - скорость распространения волн в вакууме;

V - скорость распространения волн в среде.

Зная, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света С, равной 300000 км/с, делаем вывод что длина волны L микроволнового излучения данной частоты в воздухе будет составлять 12,25 см.

Из справочных данных определяем интервалы длин волны для древесины при различных значениях влажности:

1) Абсолютно сухой колеблется от 4,53 до 8,58 см;

2) Древесины с влажность 20% от 2,61 до 2,9 см;

3) Древесины с влажность 45% от 1,92 до 2,0 см.

Таким образом для создания эффекта «запирания» микроволн внутри облучаемого предмета нужно обеспечить его размеры не менее значения длины волны для данной среды. В данном случае будет происходить внутреннее отражение волн от поверхностного слоя, что приведет к резонансному колебанию и образованию «стоячих волн» внутри тела. Амплитуда данных колебаний будут находиться в центре тела. Тем самым будет увеличено тепловыделение внутри тела. Поэтому СВЧ-нагрев происходит не от краев облучаемого предмета, если бы микроволны впитывались в поверхность, а изнутри.

Технический результат - быстрый и эффективный нагрев с последующим розжигом топлива до температуры 250-300°С; сокращение продолжительности розжига (от 2,5 до 10 минут) в десятки раз при сравнении с традиционным способом и без применения дополнительных энергоносителей; разогрев внутренних слоев топлива до температуры 300-350°С; снижение вредных выбросов СО и ΝΟ_x на 5-12%; повышение мощности котла при сглаживании циклов порционной загрузки топлива (от 3 до 7%); разложение сложных углеводородов в более простые и более горючие в глубине кусков топлива до начала горения и как следствие снижение потерь механического недожога; возможность регулирования режимов наладки мощностей котлоагрегатов при разных состояниях влажного топлива без предварительной обработки.

Изобретение относится к технологии розжига (поджогу) твердого древесного топлива (древесных отходов, дров) с высоким значением влажности и может быть использовано в широком спектре отраслей промышленности (обжиг, плавка, пирометаллургия и т.п.), коммунальном хозяйстве (сжигание отходов, бойлерные и т.п.), энергетике (различные виды двигателей внутреннего сгорания, теплоэнергетические установки и т.п.) и т.д. для получения работы и/или получения энергии.

Из уровня техники известен способ СВЧ-градиентной активации угольного топлива по патенту RU 2458107 С2, 10.11.2010 и способ СВЧ-градиентной активации угольного топлива с использованием защитной пленки, RU 2514826 С1, 01.10.2012.

Известен способ сжигания угольного топлива при дополнительном поджоге струи угольной пыли в котлах при пропускании этой струи через плазменные дуги, формируемые плазмотроном с электродами. В результате частицы угольной пыли нагреваются и при дальнейшем движении внутри большого энергетического котла быстрее сгорают (Жуков М.Ф. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. - Новосибирск: Наука, 1995. - 304 с.; Иманкулов Э.Р. и др. Плазменный розжиг и стабилизация горения факела донецкого АШ // Теплоэнергетика. - 1990. - №1. - С. 51-53). Недостатки такого метода: высокое потребление электроэнергии плазмотроном, иногда до 10% от вырабатываемой электроэнергии котлом ТЭЦ, загрязнение струи угольной пыли частицами материала электродов плазмотрона, быстрый износ электродов плазмотрона, метод не может быть применен к малым по мощности (менее 0,1 МВт) энергетическим котлам, так как плазмотроны - это сложные и дорогие технические устройства и окупаться они могут только при работе на больших электростанциях и на пылеугольных котлах мощностью более 30 МВт.

Известен способ сжигания угольного топлива в виде угольной пыли в высокочастотной СВЧ-плазме (Буров В.Ф., Стрижко Ю.В. СВЧ-плазмотрон со свободно парящим плазмоидом // Горение и плазмохимия, - т. 4, №2, 2007, С. 103-109; Буров В.Ф., Стрижко Ю.В. СВЧ-плазмотрон со свободно парящим плазмоидом // Сб. докл. VI Всероссийской конференции "Горение твердого топлива" 8-10 ноября 2006, Новосибирск: ИТ СО РАН, 2006; Буров В.Ф., Стрижко Ю.В. СВЧ-плазмотрон: для зажигания угольной пыли используем свободно парящий плазмоид. Оборудование. Разработки. Технологии, №2 (02), 2007, с. 45-48; Патент РФ №2328095, дата подачи заявки: 23.06.2006). В этом способе СВЧ-плазма, формируемая безэлектродным плазмотроном, зажигается также в основании струи угольного порошка, поступающего в топку котла, однако разряд плазменного типа создается за счет ионизации газа, несущего угольный порошок. Недостатки этого метода: низкий, менее 10-15%, КПД, т.к. почти вся энергия СВЧ разряда уходит на нагрев плазмообразующего газа и поддержание газового разряда, а частицы угольного топлива поглощают только малую долю затрачиваемой энергии (менее 10-15%); СВЧ-плазма в основании струи очень нестабильна и требуются специальные сложные конструкции с газовыми потоками для реализации метода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому СВЧ-розжиг древесного вида топлива (древесные отходы, дрова) с высоким влагосодержанием является «Способ СВЧ-градиентной активации угольного топлива» (патент РФ №2458107, дата подачи заявки: 10.11.2010). В этом способе активации угольного топлива, включающем СВЧ воздействие на угольное топливо, производят СВЧ-градиентную активацию в высокоградиентном СВЧ-поле в режиме управления скоростью нарастания СВЧ-поля до возникновения в куске угля трещин глубокого разлома, не приводящих к его полному разрушению.

Изобретение относится к технологии подготовки угольного топлива разных сортов к сжиганию в энергетических котлах разного типа, но имеет свои недостатки:

1) При СВЧ-градиентной внутренней активации происходит СВЧ-нагрев внутреннего объема угольного куска, образование и нагрев паров воды, что приводит к резкому образованию щелей в угольном куске от центра до самой ее поверхности. Через щели начинают выделяться летучие углеводороды, как легкие, так и тяжелые, легкие углеводороды преимущественно воспламеняются над поверхностью угля, а тяжелые углеводороды преимущественно образуют аэрозоль из углеводородов в атмосфере над поверхностью угля, что не позволяет уменьшить температуру воспламенения топлива до 500-600°С и увеличить полноту сгорания топлива до 98% по содержанию углеводородов в первичном угле. А также по данной причине при достижении высоких порогов температуры возможны микровзрывы в конвективных поверхностях нагрева и газоходах с уносимыми из топки котлоагрегата твердыми частицами несгоревшего топлива;

2) Отсутствует информация о возможности его применения на другие виды твердого топлива;

3) В связи с малым значением влагосодержания от 5 до 10% и низким значением диэлектрической проницаемости угольного топлива от 1,2 до 1,81 воздействие СВЧ слишком энергозатратно при относительно небольшом КПД;

4) Отсутствует информация об эффекте «запирания» волн внутри топлива.

Предлагается кратковременное СВЧ воздействие на влажное древесное топливо в высокоградиентном СВЧ поле с введением в топку направленного потока СВЧ излучения. Твердое топливо в виде кусков, гранул или сыпучем виде (размером 3-10 см для обеспечения частичного «запирания» волн внутри топлива) размещается в топке котлоагрегата и подвергается воздействию СВЧ поля. Поджог материалов происходит до возникновения на поверхности топлива глубоких трещин и повышения температуры топлива до образования раскаленных углей. Окончанием стадии процесса розжига является возникновение незатухающего факела активационных летучих углеводородов выходящих из топлива. Процесс повторяется при новой загрузке порции топлива. Защита от СВЧ излучения достигается путем создания защитных экранов на поверхности топки котлоагрегата.

Воздействие на топливо и регулирование скоростью реакции производится подачей СВЧ излучения магнетроном на порцию влажного топлива. Воздействие на экологические характеристики котла, а именно на концентрацию СО, NO_x, водяных паров в дымовых газах и образование сажи производят за счет изменению мощности и продолжительности микроволнового излучения с применением анализа дымовых газов.

Пример

Описанные ранее выводы были получены из ряда проведенных экспериментов с различными видами топлива при разных значениях их влажности и фракции, результаты которых приведены в таблицах 1 и 2.

Продолжительность СВЧ-воздействия на топливо для снижения вредных примесей в дымовых газах подбирают опытным путем. Начало процесса воспламенения контролируется световыми датчиками и датчиками температуры, а также возможно в ручном режиме по смотровым окнам.

Способ СВЧ-розжига древесного вида топлива с высоким влагосодержанием, отличающийся тем, что перед СВЧ-воздействием твердое древесное топливо измельчают до 3-10 см, удаляют из него металлические включения и увлажняют до влагосодержания от 15 до 70%.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига и стабилизации горения пылеугольных и водоугольных топливных смесей без использования дополнительных топлив розжига, электрического разряда.

Способ факельного сжигания топливовоздушной смеси и устройство для реализации способа с использованием электроионизационного воспламенителя // 2731081

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига котла из холодного состояния.

Устройство факельного сжигания топлива // 2704178

Изобретение относится к энергетике. Устройство факельного сжигания топлива содержит камеру воспламенения, источник переменного тока, не менее двух стержневых электродов, соединенных с источником переменного тока, канал подачи топливной аэросмеси, канал вторичного воздуха, камеру охлаждения, причем между камерой воспламенения и охлаждения выполнены проходы для установки стержневых электродов.

Вихревая растопочная пылеугольная горелка // 2683052

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива.

Высоковольтный запальник пылеугольного топлива // 2674114

Способ электродугового розжига паромазутной форсунки и устройство для его осуществления // 2514534

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для электродугового розжига паромазутной форсунки и стабилизации пламени горелок различных топочных устройств, сжигающих различные виды топлива. Способ электродугового розжига паромазутной форсунки заключается в подаче паромазутной смеси из форсунки в топку котла и подаче высоковольтного напряжения на стержневые электроды электродугового запальника, получение на них электродугового разряда и соприкосновение его со струей паромазутной смеси и ее воспламенение, форсунку продувают паром в топку котла и осуществляют перемещение стержневых электродов до точки, где происходит пересечение электродугового разряда со струей пара из форсунки и растягивание в длину электродугового разряда, увеличение напряжения и, соответственно, мощности, в этой точке устанавливают стержневые электроды, после чего из форсунки в топку котла подают паромазутную смесь, которая при соприкосновении с растянутым в длину электродуговым разрядом воспламеняется.

Способ растопки и поддержания стабильного горения в котлоагрегатах с применением водоугольного топлива // 2505748

Изобретение относится к теплоэнергетике. При использовании в топках котлоагрегатов водоугольного топлива (ВУТ) проблемой является падение температуры в модуле подготовки топливной смеси при подаче ВУТ, что отрицательно влияет на процесс газификации топлива, в результате чего образуется недостаточное количество газовой составляющей для надежного пуска котла из холодного состояния и поддержания стабильного горения на низких нагрузках.

Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения // 2499193

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания состоит из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с симметричными аэродинамическими профилями, один из которых - анод, электрически изолирован от металлической стенки камеры сгорания и оборудован трубкой для подвода топлива и инжекторами для впрыска топлива в поток, при этом анод имеет излом так, что корневая часть анода имеет отрицательную стреловидность относительно направления потока, а концевая - нулевую стреловидность, а второй электрод - катод расположен в следе за первым и непосредственно закреплен на стенке камеры сгорания, в анод дополнительно встроены трубка и инжекторы для впрыска в поток одновременно с топливом химически активных добавок, торец концевой части анода со стороны набегающего потока имеет выступ в виде тонкой прямоугольной пластины, расположенной в плоскости симметрии пилона, задняя кромка пластины скошена и имеет скругления в угловых точках, при этом угол между торцевой поверхностью и задней кромкой анода также скруглен.

Способ сжигания пылеугольного топлива // 2498159

Предлагаемое техническое решение относится к области энергетики и может быть использовано для факельного сжигания низкореакционного вида топлива, например угольной пыли, с меньшими затратами электрической энергии. Способ сжигания пылеугольного топлива заключается в том, что его воспламенение производят электродуговым разрядом, стабилизируют и интенсифицируют горение факела, воздействуя на зону пламеобразования переменным электрическим током высокой частоты, образуя в зоне пламеобразования диффузный электрический разряд.

Горелка газовой турбины и газовая турбина // 2439433

Изобретение относится к газовой горелке. .

Мелкодисперсный уголь и система, устройство и способ для его сбора и использования // 2707740

Изобретение раскрывает способ сбора мелкодисперсного угля, который включает обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля, имеющей содержание твердых частиц 30% по массе или меньше, для получения мелкодисперсного угля, имеющего размер частиц 1000 мкм или меньше и водосодержание от приблизительно 5% до приблизительно 20% по массе, причем обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля включает в себя центрифугирование суспензии в центрифуге со сплошным ротором, при этом центрифуга содержит вращающийся ротор, вращающийся шнек и переливную перегородку, где мелкодисперсный уголь содержит по меньшей мере 95% по массе твердых частиц, содержащихся в суспензии жидких отходов обогащенного угля.