RU2773078C2 - Модификатор твёрдых топлив и способ его применения - Google Patents
Модификатор твёрдых топлив и способ его применения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773078C2 RU2773078C2 RU2020119103A RU2020119103A RU2773078C2 RU 2773078 C2 RU2773078 C2 RU 2773078C2 RU 2020119103 A RU2020119103 A RU 2020119103A RU 2020119103 A RU2020119103 A RU 2020119103A RU 2773078 C2 RU2773078 C2 RU 2773078C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modifier
- fuel
- combustion
- solid
- fuels
- Prior art date
Links
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 13
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 59
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 13
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 10
- AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K iron(3+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe+3].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K 0.000 description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- SPKJCVZOZISLEI-UHFFFAOYSA-N cyclopenta-1,3-diene;1-cyclopenta-1,3-dien-1-ylethanone;iron(2+) Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.CC(=O)C1=CC=C[CH-]1 SPKJCVZOZISLEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 125000004169 (C1-C6) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 1
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000010442 halite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к модификации процессов горения топлив. Предложен модификатор твёрдых, жидких или газообразных топлив, характеризующийся тем, что в составе модификатора топлива для твёрдых топлив содержатся основные компоненты, вместе составляющие не менее 70% по массе, обладающие энергоплотностью не ниже Evγ=75 кДж/см3, плотностью не более 5,3 г/см3, а состав модификатора содержит следующие основные вещества в мас.%: SiO2 – 32 … 42; MgO – 30…40; Fe2O3 – 4 … 8; Fe3O4 – 5…14; Al2O3 – 3 - 10; CaO – 3…5; а также TiO2; SO3; Н2О, содержание которых не превышает 1 мас.%; с крупностью частиц 20–40 мкм в пределах 80% по массе модификатора. Также раскрывается способ введения модификатора в топливо. Технический результат - разработка состава модификатора, который обеспечивает значительную прибавку теплотворной способности органическим топливам и повышает полноту сгорания топлива. 2 н.п. ф-лы, 2 пр.
Description
Изобретение относится к способам получения тепловой энергии в энергетических установках, использующих твёрдое топливо, в частности, к способам организации выделения энергии из различных веществ.
Заявляемый модификатор твёрдых топлив относится к веществам, вводимым в состав традиционного органического топлива, с целью изменения параметров сжигания топлива.
В основу изобретения поставлена задача увеличения времени сгорания порции топлива с добавкой вводимого вещества, более полного сгорания основного органического топлива, получения дополнительной тепловой энергии.
В настоящее время в моторостроении и в энергетике, в частности, при получении тепловой энергии, развивается направление, связанное с добавлением в традиционные органические топлива различных веществ, обеспечивающих получение дополнительной энергии в акте сжигания топлива и другие эффекты, например, изменение состава выходящих газов.
В зависимости от вида добавляемого вещества при горении топлива могут реализовываться два варианта:
- первый вариант заключается в том, что добавляемое вещество является катализатором горения основного топлива, обеспечивая, за счёт протекающих химических реакций, более полный дожёг топлива, устранение детонации и пр.;
- второй вариант заключается в том, что добавляемое вещество само является источником энергии, в некоторых случаях, основным.
Добавляемые вещества классифицируются по агрегатному состоянию, виду энергетической установки, агрегатному состоянию топлива, в которые они вводятся; по величинам энергоплотности (Ev), или массовой энергии атомизации (Em), которые характеризуют максимальную величину энергии в единице массы или объёма, теоретически извлекаемую из данного вещества (Зуев В.В., Денисов Г.А., Мочалов Н.А., Николайчук В.Ф., Щербатов А.И., Зуев Н.В. Энергоплотность как критерий оценки свойств минеральных и других кристаллических веществ. М.: ПолиМЕдиа 2000. 352с.).
Различают вещества, вводимые в жидкие моторные топлива (бензин, дизельное топливо), в твёрдые топлива (уголь, щепу, топливо реактивных двигателей), в газообразные топлива (природный газ), вводимые в котельные агрегаты и в замкнутые камеры сгорания двигателей. Различают также вещества твёрдые, например, полимерные химические соединения, горные породы; жидкие, например, вода; газообразные, например, водяной пар.
Вещества могут быть универсальными – для любых видов топлива, или для отдельных агрегатных состояний топлива.
Кроме этого, вещества могут применяться для энергоустановок с длительным временным интервалом горения топлива (котлы, печи..) или для энергоустановок с кратковременным интервалом горения топлива (двигатели различного типа), то есть различаться по длительности нахождения в зоне горения основного модифицируемого топлива.
Как показывает практика, на результаты модификации топлива существенно влияют такие факторы, как равномерность распределения модификатора по объёму топлива и длительность нахождения модификатора в зоне горения порции топлива. Данное обстоятельство делает необходимым при разработке вещества модификатора учитывать особенности процесса горения для различных видов топлива в энергоустановках, что приводит к техническим решениям, индивидуальным для данного агрегатного состояния топлива и способа его применения.
Известен патент RU 2011116 «Способ слоевого сжигания твёрдого кускового топлива». Изобретение относится к энергетике, а точнее к процессам сжигания твердых топлив с уменьшением образования сажи.
Использование: в топках для сжигания кускового твердого топлива. Сущность изобретения заключается в том, что на раскаленную поверхность твердого топлива периодически подают поваренную соль в кристаллическом виде в количестве 7 - 8 г на 1 м2 зеркала горения.
Данное решение усовершенствует известный способ сжигания угля в присутствии присадки поваренной соли, применяемой в водном растворе (Патент США N 4765259, кл. 110-342, опублик. 1988). При использовании поваренной соли в водном растворе наблюдается периодическое снижение температуры зоны горения топлива при подаче новых его порций, вызываемое воздействием воды на топлива, что приводит к периодическому увеличению содержания сажи в отходящих газах.
В связи с этим с целью повышения качества сжигания топлива способ использования поваренной соли в данном изобретении ограничен твёрдыми топливами.
В заявляемом способе для твёрдого топлива поваренную соль подают в топку на горящее (раскаленное) топливо в кристаллическом виде периодически в количестве 7-8 г на 1 м2 зеркала горения, при этом в слоевую топку для сжигания каменного угля, кокса, дров и других твердых топлив на раскаленное топливо забрасывают с рассеиванием по "зеркалу" горения порцию кристаллической поваренной соли. Следующую порцию добавляют при снижении дополнительного конуса пламени от предыдущей порции (на прогаре).
Приводится пример использования в котлах системы "Стребель" с топливом в виде - антрацит-штыб, в ходе которого поваренная соль добавлялась через 5 мин в количестве 30 г на 1 порцию, при этом через 1 ч 30 мин температура теплоносителя увеличилась на 26оС, а трудозатраты по обслуживанию котла сократились на 50% за счет уменьшения вдвое расхода топлива, уменьшения объема шлака в 2,5 раза и уменьшения количества шуровок. Выделение сажи с дымом не происходило (достигнута полнота сгорания топлива). При этом указание названия вещества «поваренная соль» позволяет однозначно определить его физико-механические характеристики по известным источникам. Например, природный минерал галит, который служит основой для поваренной соли массовая энергия атомизации составляет Em = 10,97 кДж/г, плотность - 2,16 г/см3, энергоплотность Evγ = 23,70 кДж/см3, то есть данное вещество относится к низкоэнергоплотным веществам. (Зуев В. В., Денисов Г. А., Мочалов Н. А. и др. Энергоплотность как критерий оценки свойств минеральных и других кристаллических веществ. – М.: Полимедиа, 2000). Эффект же получается из-за постоянного введения модифицирующего вещества мелкими порциями.
Недостатками заявленного способа являются:
- слишком большой расход вводимого вещества для получения эффекта;
- ручной способ введения поваренной соли в топлива, , что делает его применимым в небольших топочных агрегатах типа домашних печек.
Известен патент RU 2515988 «Модификатор горения твёрдого, жидкого и газообразного топлива». В способе, согласно изобретению, композицию, содержащую модификатор, с помощью насоса-дозатора подают в систему нагнетания воздуха, не влияя на температуру, подаваемого воздуха. Модификатор в виде водного раствора дозированно подают путем распыления в воздухе, засасываемом в котел, а затем закачивают в камеру сгорания. В случае применения холодного воздуха его нагнетают с помощью инжектора, тогда как в случае горячего воздуха применяют соответствующий испаритель, из которого модификатор испаряется в потоке горячего воздуха и засасывается в систему сгорания котла.
По данному изобретению модификатор горения твердого, жидкого и газообразного топлива, в частности древесины, природного газа, угля, мазута и других углеводородов, в энергетических котлах, в закрытых или открытых камерах, характеризуется тем, что указанный модификатор содержит от 10 до 30 масс.% воды, от 20 до 80 масс.% по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс.% карбамида или его производных, выбранных из алкилмочевины типа R1R2N(CO)NR1R2, где R1, R2 являются одинаковыми или различными и представляют собой С1-С6 алкильные группы, и от 5 до 15 масс.% моноацетилферроцена.
Объектом изобретения также является способ модифицирования процесса горения вышеуказанных видов топлива и применение модификатора горения топлива. Заявленное изобретение позволяет увеличить выход энергии при горении твердого, жидкого и газообразного топлива. Модификатор можно также применять в качестве катализатора в энергетических котлах, для дожигания сажи, печных газов и других примесей, присутствующих в камере сгорания.
По данным авторов прирост теплоты основного топлива при использовании водного раствора модификатора следующего состава: 20 масс.% воды, 30 масс.% изопропанола, 30 масс.% н-бутанола, 10 масс.% карбамида и 10 масс.% моноацетилферроцена составил по меньшей мере 1890 кДж/т угля (1,890 Дж/г), по сравнению с процессами горения угля без применения модификатора (в среднем, 11% увеличения теплотворной способности топлива). Приводятся также данные по теплоте сгорания модификатора – 8,2835 МДж/кг (кДж/г) и температура воспламенения – 55°С.
Недостатками способа являются:
- данные по теплоте сгорания модификатора и температуре воспламенения показывают, что энергоплотность данного вещества является низкой и, в следствие низкой температуры воспламенения, модификатор предназначен в основном для стимуляции горения основного топлива, что подтверждается незначительной дополнительной величиной прироста теплоты сгорания основного топлива (1,890 Дж/г);
- модификатор представляет собой смесь жидких веществ, что снижает его универсальность;
- составные вещества модификатора, в частности, моноацетилферроцен, в основном обеспечивают улучшение детанационных свойств топлива, а получение дополнительной энергии является побочным эффектом.
- необходимость подбирать концентрации компонентов в зависимости от используемого топлива и конструкции энергетической установки;
- ввод модификатора через систему нагнетания воздуха, что не позволяет контролировать наличие модификатора в зоне горения и создаёт возможности его преждевременного удаления из котла с уходящими газами.
Известен патент RU 2705209 Модификатор горения топлива.
Задачей данного изобретения является разработка эффективного модификатора горения топлива разного агрегатного состояния (твердого, жидкого или газообразного), различного состава и происхождения (в частности, угля, природного газа, древесины, дизельного топлива, мазута, растительных и органических отходов), обеспечивающего высокотемпературное сжигание топлива и детоксикацию отходящих газов.
Технический результат данного изобретения заключается в повышении температуры горения твердого, жидкого или газообразного топлива при уменьшении количества токсичных веществ в отходящих газах процесса горения топлива, что позволяет увеличить полноту сгорания твердого топлива, приводит к уменьшению механического недожога. При сжигании природного газа увеличивается теплоотдача, исключается образование токсичных оксидов азота, углерода и предотвращается сажеобразование.
Данный технический результат достигается тем, что модификатор горения твердого, жидкого или газообразного топлива, включающий катализатор горения и органический растворитель, в качестве катализатора горения содержит ацетилацетонат железа (III), а в качестве органического растворителя – этанол, при следующем соотношении компонентов, масс. %: ацетилацетонат железа (III) 3-10; органический растворитель 90-97. Кроме того, модификатор может содержать воду в количестве до 5 масс. %.
Основным компонентом модификатора является ацетилацетонат железа (III), с формулой Fe(C5H7O2)3 - внутрикомплексное соединение, которое в условиях горения топлива разлагается в присутствии кислорода воздуха с образованием оксида железа (III).
Предлагаемый по заявляемому решению способ получения ацетилацетоната железа (III) - путем взаимодействия растворимой в воде соли железа с ацетилацетоном и эквимолекулярным количеством аммиака в водной среде с последующим выделением целевого продукта фильтрацией и перекристаллизацией (А.с. №330746). Реакцию желательно вести в 1М растворе соли металла при соотношении исходных компонентов: ацетилацетон, соль металла и аммиак 2: 1: 2. Наиболее часто используют соли сильных кислот (например, азотной – шестиводный нитрат железа), в случае которых достигаются лучшие выходы.
Непосредственно способ получения модификатора заключается в растворении ацетилацетоната железа (III) в количестве 3-10 % масс. в этаноле, взятом в количестве 90-97 % масс.
Наилучшего результата в повышении температуры горения твердого (на 200°С для угля) или газообразного топлива (на 150°С для газа) при уменьшении количества токсичных веществ в отходящих газах процесса горения топлива удалось достигнуть при содержании 3-10 масс. % ацетилацетоната железа (III) в органическом растворителе за счет увеличения глубины использования энергетического потенциала топлива путем каталитического превращения промежуточных компонентов генераторного газа (СО, СхНу, NOх).
В лучшем варианте теплота сгорания топлива, вычисленная по повышению температуры, увеличивается на 13,3% для угля и на 9,3% для газа при снижении оксидов азота и углерода в выходящих газах ниже предельно-допустимых значений.
Недостатками данного способа являются:
- необходимость отдельного производства основного компонента модификатора;
- в процессе горения топлива в факеле ацетилацетонат железа разлагается в факеле таким образом, что первоначально ацетилацетонат Fe(C5H7O2)3 разлагается с образованием газообразных соединений и FeO в качестве конечного продукта, причём оксид железа в процессе горения участвует только в последней стадии, внося незначительный вклад в добавочное тепловыделение. При этом получающийся FeO, вследствие образования в высокотемпературном факеле, имеет низшую структурную фазу по сравнению с природным аналогом – вюститом, имеющим следующие энергетические параметры: Em = 13,07 кДж/г, плотность - 6,0 г/см3, энергоплотность Evγ = 78,42 кДж/см3 (Зуев В. В., Денисов Г. А., Мочалов Н. А. и др. Энергоплотность как критерий оценки свойств минеральных и других кристаллических веществ. – М.: Полимедиа, 2000), а, следовательно, и более худшие характеристики;
- в целом модификатор оказывает влияние в основном на дожог топлива и состав выходящих газов, давая небольшую прибавку тепловыделения (10 – 13%).
- отсутствуют данные о способе введения модификатора в зону горения топлива; исходя из агрегатного состояния модификатора можно полагать, что он вводится распылением.
Таким образом, из приведённых выше аналогов видно, что заявляемые модификаторы имеют органическую основу с включением в неё ряда металлов; органические вещества имеют низкие величины энероплотности и массовой энергии атомизации, не превышающие таковые у основного топлива и создающие дополнительное тепловыделение и изменяющие структуру выходящих газов в основном за счёт более полного сгорания топлива, обеспечиваемого химическими реакциями входящих в модификаторы веществ.
В качестве прототипа выбран модификатор горения топлива по патенту №2705209. По данному техническому решению модификатор горения твердого или газообразного топлива включает катализатор горения и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве катализатора горения содержит ацетилацетонат железа (III) - Fe(C5H7O2)3 , а в качестве органического растворителя – этанол при следующем соотношении компонентов, мас.%: аацетилацетонат железа (III) 3-10; Органический растворитель 90-97.
Прототип, как и другие аналоги, имеет вышеперечисленные недостатки:
- необходимость отдельного производства основного компонента модификатора;
- в процессе горения топлива в факеле основной эффект в виде дожога топлива и улучшения состава выходящих газов даёт разложение ацетилацетоната железа до газообразных соединений с топливом и низших фаз FeO, которые в тепловом балансе принимают незначительное участие;
- модификатор даёт небольшую прибавку тепловыделения (10 – 13%).
- отсутствуют данные о физико-механических параметрах вещества модификатора;
- модификатор подаётся способом, не обеспечивающим максимальную эффективность его применения.
Однако в энергетической сфере остро стоит задача повышения эффективности модификаторов с целью снижения расхода традиционных топлив и затрат на его транспортировку потребителям, улучшения экологических параметров.
Прототип, имея традиционный органический состав, не может кардинально решить поставленную задачу.
В основу изобретения поставлена задача нахождения и подбора состава из высокоэнергоплотных веществ, который будучи помещён в факел горящего топлива значительно поднимет энергоэффективность системы «топливо любого вида – модификатор», обеспечив дополнительную тепловую энергию и экологические требования к выходящим газам и способа введения модификатора в твёрдое топлив, обусловленного агрегатным состоянием топлива.
Технический результат - состав модификатора из компонентов, обладающих высокой энергоплотностью, при совместном применении модификатора и органических топлив дающего значительную прибавку теплотворной способности смеси за счёт дополнительно получаемой энергии и повышения полноты сгорания традиционного топлива и способ применения модификатора, отвечающий условиям горения твёрдых топлив..
Технический результат обеспечивается тем, что в составе модификатора топлива для твёрдых, жидких и газообразных топлив содержатся основные компоненты, вместе составляющие не менее 70% по массе, обладающие энергоплотностью не ниже Evγ = 75 кДж/см3, плотностью не более 5,3 г/см3, а состав модификатора содержит следующие основные вещества в масс.% : SiO2 – 32 … 42; MgO – 30…40; Fe2O3 – 4 … 8; Fe3O4 – 5…14; Al2O3 – 3 - 10; CaO – 3…5; а также TiO2; SO3; Н2О, содержание которых не превышает масс 1%;, с крупностью частиц 20 – 40 мкм в пределах 80% по массе модификатора,
а способ введения модификатора твердых топлив в топливо заключается в равномерном введении модификатора по объему топлива, осуществляемом непосредственно перед вводом твердого топлива в котел посредством смесителей, устанавливаемых в линию подачи топлива, ввод в которые модификатора обеспечивается дозаторами или осуществляемом заранее при приготовлении угольных брикетов или брикетов из древесного топлива».
Примеры реализации.
Пример 1 Испытание в котле угольной котельной "Лотос – 1,5", работающего на углях марки СС с теплотворной способностью 4200 ккал. Модификатор – указанного состава с заявляемыми характеристиками. Способ применения - перемешивание модификатора с топливом в смесителе перед его загрузкой.
При горении модифицированного угля с концентрацией модификатора 0,06% -0,07% от массы топлива суммарное время горения порции модифицированного топлива при сохранении начальной и конечной температур теплоносителя увеличилось в 1,34 раза по сравнению с временем горения чистого угля при некотором повышении промежуточной температуры.
Пример 2 Испытание при сжигании щепы.
Сжигание щепы в бытовом котле 3 кВт для обогревания жилого дома. Топливо - щепа древесная с теплотворной способностью Q = 15 кДж/г Концентрация модификатора 0,07% - 0,1% от массы топлива. Суммарное время горения порции модифицированного топлива при сохранении начальной и конечной температур теплоносителя увеличилось в 1,66 раза по сравнению с временем горения чистой щепы. Способ применения - перемешивание модификатора с порцией щепы в смесителе перед её загрузкой. С обеспечением наибольшей равномерности распределения модификатора по объёму.
Приведённые примеры показывают, что заявленный способ позволяет получать значительную дополнительную величину энерговыделения от модифицирования твёрдого органического топлива модификатором с заявляемым составом при заявленном способе применения модификатора.
Claims (2)
1. Модификатор твёрдых, жидких или газообразных топлив, отличающийся тем, что в составе модификатора топлива для твёрдых топлив содержатся основные компоненты, вместе составляющие не менее 70% по массе, обладающие энергоплотностью не ниже Evγ=75 кДж/см3, плотностью не более 5,3 г/см3, а состав модификатора содержит следующие основные вещества в мас.%: SiO2 – 32 … 42; MgO – 30…40; Fe2O3 – 4 … 8; Fe3O4 – 5…14; Al2O3 – 3 - 10; CaO – 3…5; а также TiO2; SO3; Н2О, содержание которых не превышает 1 мас.%; с крупностью частиц 20–40 мкм в пределах 80% по массе модификатора.
2. Способ введения модификатора твердых топлив по п.1 в топливо, заключающийся в равномерном введении модификатора по объему топлива, осуществляемом непосредственно перед вводом твердого топлива в котел посредством смесителей, устанавливаемых в линию подачи топлива, ввод в которые модификатора обеспечивается дозаторами, или осуществляемом заранее при приготовлении угольных брикетов или брикетов из древесного топлива.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119103A RU2773078C2 (ru) | 2020-06-09 | Модификатор твёрдых топлив и способ его применения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119103A RU2773078C2 (ru) | 2020-06-09 | Модификатор твёрдых топлив и способ его применения |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020119103A3 RU2020119103A3 (ru) | 2021-12-09 |
| RU2020119103A RU2020119103A (ru) | 2021-12-09 |
| RU2773078C2 true RU2773078C2 (ru) | 2022-05-30 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2057165C1 (ru) * | 1992-06-26 | 1996-03-27 | Иванов Сергей Анатольевич | Присадка к бурым углям для факельного сжигания в топках энергетических котлов |
| CN101775325A (zh) * | 2009-01-14 | 2010-07-14 | 张保森 | 一种燃煤复合固硫剂 |
| RU2500793C2 (ru) * | 2008-02-07 | 2013-12-10 | Интернейшнл Инновейтив Текнолоджиз Лимитед | Способ обогащения топлива и присадка - улучшитель топлива |
| RU2515988C2 (ru) * | 2009-03-07 | 2014-05-20 | ДАГАС Сп.з.о.о. | Модификатор горения твердого, жидкого и газообразного топлива |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2057165C1 (ru) * | 1992-06-26 | 1996-03-27 | Иванов Сергей Анатольевич | Присадка к бурым углям для факельного сжигания в топках энергетических котлов |
| RU2500793C2 (ru) * | 2008-02-07 | 2013-12-10 | Интернейшнл Инновейтив Текнолоджиз Лимитед | Способ обогащения топлива и присадка - улучшитель топлива |
| CN101775325A (zh) * | 2009-01-14 | 2010-07-14 | 张保森 | 一种燃煤复合固硫剂 |
| RU2515988C2 (ru) * | 2009-03-07 | 2014-05-20 | ДАГАС Сп.з.о.о. | Модификатор горения твердого, жидкого и газообразного топлива |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЗВЕРЕВА Э.З. и др. Повышение показателей качества котельного топлива при использовании присадок. Проблемы энергетики, 2016, стр.27-36. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Frost et al. | An experimental and modelling study of dual fuel aqueous ammonia and diesel combustion in a single cylinder compression ignition engine | |
| Lopatin | Chemistry of the process of formation of nitrogen oxides in the combustion chamber of gas-diesel | |
| KR102006030B1 (ko) | 압축 점화 엔진을 가동하는 방법 및 이를 위한 연료 | |
| KR950002348B1 (ko) | 탄화수소 화합물을 함유하는 연소 공정에서 연소를 개량하는 방법 | |
| PL186425B1 (pl) | Katalityczna kompozycja polepszająca spalanie paliw oraz sposób wytwarzania tej kompozycji | |
| RU2268915C1 (ru) | СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО СНИЖЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА NOx, CO И УГЛЕРОДА В ЗОЛЕ И ПРИСАДКА К УГЛЮ | |
| AU2007285609B2 (en) | Coal with improved combustion properties | |
| RU2773078C2 (ru) | Модификатор твёрдых топлив и способ его применения | |
| US8323362B2 (en) | Combustion modifier and method for improving fuel combustion | |
| CN119425810B (zh) | 一种燃煤用的催化剂及其制备工艺 | |
| Wermuth et al. | Decarbonization of high-power systems: ammonia-hydrogen and ammonia-diesel combustion in HS engines | |
| CN111171890A (zh) | 一种节能煤炭助燃剂 | |
| WO2015092386A1 (en) | Fuel additive composition | |
| RU2674011C1 (ru) | Модификатор горения топлива | |
| RU2008494C1 (ru) | Способ подготовки топливновоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания | |
| RU2471858C2 (ru) | Способ увеличения скорости и полноты окисления топлива в системах сжигания | |
| RU2705209C1 (ru) | Модификатор горения топлива | |
| KR20200029793A (ko) | 석탄 가스화 합성가스 및 ｆｔ 반응 오프가스를 활용한 발전 시스템 | |
| CA1179138A (en) | Process for producing an acetylene base fuel gas | |
| RU2249807C1 (ru) | Способ работы дизеля | |
| Sharma et al. | Combustion Engine | |
| TWI628274B (zh) | 用於發動壓縮點火引擎的方法及該方法之燃料 | |
| TWI616523B (zh) | 用於發動壓縮點火引擎的方法及該方法之燃料 | |
| EP3256549A1 (en) | Enhanced fuels, methods of producing enhanced fuels, and additives for mitigating corrision | |
| US20060101710A1 (en) | Additive for solid hydrocarbon fueled direct fired burners, furnaces, open flames and related processes |