invenție
Brevetul Federației Ruse RU2142905
Invenția este destinată ingineriei energetice și poate fi utilizată pentru obținerea surselor de energie ieftine și economice. Preparat într-un spațiu deschis de abur supraîncălzit, cu o temperatură de 500-550 ° C. aburul supraîncălzit este trecut printr-un câmp electric constant de înaltă tensiune (6000 V) pentru a produce hidrogen și oxigen. Metoda este simplă în proiectarea hardware-ului, economică, de incendiu și împotriva exploziilor, foarte productivă.
DESCRIEREA INVENȚIEI
Hidrogenul, combinat cu oxidarea oxigenului, se situează pe primul loc în conținut caloric pe 1 kg de combustibil, între toate combustibilii utilizați pentru a preda electricitatea și căldura. Valoarea calorică ridicată a hidrogenului nu este încă utilizată pentru a genera energie electrică și căldură și nu poate concura cu combustibilii cu hidrocarburi.
Un obstacol în calea utilizării hidrogenului în domeniul energetic este un mod costisitor de obținere a acestuia, ceea ce nu este justificat din punct de vedere economic. Pentru producerea hidrogenului sunt utilizate în principal instalații de electroliză, care sunt ineficiente, iar energia utilizată pentru producerea hidrogenului este egală cu energia obținută prin arderea acestui hidrogen.
Este descrisă o metodă pentru producerea de hidrogen și oxigen din abur supraîncălzit la o temperatură de 1800-2500 ° C. Este descrisă în cererea de brevet britanic nr. 1489054 (clasa C 01 B 1/03, 1977). Această metodă este complicată, intensivă din punct de vedere energetic și dificil de implementat.
Cel mai aproape invenției este o metodă pentru producerea hidrogenului și oxigenului din vapori de apă pe catalizator prin trecerea aburului prin acest câmp electric, așa cum este descris în cererea de brevet UK N 1585527 (Cl. C 01 B 3/04, 1981).
Dezavantajele acestei metode includ:
imposibilitatea de a obține hidrogen în cantități mari;
complexitatea dispozitivului și utilizarea materialelor scumpe;
imposibilitatea de a implementa această metodă atunci când se utilizează apă industrială, deoarece la temperatura de vapori saturat de pe pereții dispozitivului și pe catalizator se vor depune depozite și scară, ceea ce va duce la eșecul său rapid;
Pentru a colecta hidrogenul și oxigenul produs, se folosesc cisterne special asamblate, ceea ce face ca metoda să fie foc și explozivă.
Sarcina la care se referă invenția este de a elimina dezavantajele de mai sus, precum și de a obține o sursă ieftină de energie și căldură.
Acest lucru este realizat. o metodă pentru producerea hidrogenului și oxigenului din vapori de apă cuprinzând trecerea aburului prin acest câmp electric, conform invenției, utilizând abur supraîncălzit, cu o temperatură de 500-550 ° C și a fost trecut printr-un câmp electric de tensiune constantă ridicată, determinând astfel disocierea aburului și separarea acesteia pe atomi de hidrogen și oxigen.
METODA PROPUSĂ ESTE BAZATĂ PE URMĂTOARELE
Legătura electronică dintre atomii de hidrogen și oxigen slăbește proporțional cu creșterea temperaturii apei. Acest lucru este confirmat de practica arderii cărbunelui uscat. Înainte de arderea cărbunelui uscat, se toarnă cu apă. Ugura cărbune oferă mai multă căldură, arde mai bine. Acest lucru se datorează faptului că, la o temperatură ridicată de ardere a cărbunelui, apa se descompune în hidrogen și oxigen. Hidrogenul arde și oferă calorii suplimentare la cărbune, iar oxigenul mărește cantitatea de oxigen din cuptor, ceea ce contribuie la arderea mai bună și mai completă a cărbunelui.
Temperatura de aprindere a hidrogenului este de la 580 la 590 o C. Descompunerea apei trebuie să fie sub pragul de aprindere a hidrogenului.
Legătura electronică dintre atomii de hidrogen și oxigen la 550 ° C este încă suficientă pentru a forma molecule de apă, dar orbitele de electroni sunt deja distorsionate, legătura cu atomii de hidrogen și oxigen este slăbită. Pentru ca electronii să coboare din orbitele lor și legătura atomică dintre ele să se dezintegreze, este necesar ca electronii să adauge mai multă energie, dar nu căldură, ci energia unui câmp electric de înaltă tensiune. Apoi energia potențială a câmpului electric se transformă în energia cinetică a electronului. Viteza electronilor dintr-un câmp electric de curent continuu crește proporțional cu rădăcina pătrată a tensiunii aplicate la electrozi.
Descompunerea aburului supraîncălzit într-un câmp electric poate avea loc la o viteză scăzută a vaporilor și o astfel de viteză de vapori la o temperatură de 550 ° C poate fi obținută numai într-un spațiu neînchis.
Pentru a obține hidrogen și oxigen în cantități mari, trebuie să folosiți legea conservării materiei. Din această lege rezultă: în ce cantitate a fost apa descompusă în hidrogen și oxigen, în aceeași cantitate obținem apă în timpul oxidării acestor gaze.
Posibilitatea de a realiza invenția este confirmată de exemplele realizate în cele trei variante de plante.
Toate cele trei variante de plante sunt fabricate din aceleași produse uniforme de formă cilindrică din țevi din oțel.
Prima opțiune
Funcționarea și instalarea primei opțiuni (schema 1).
In toate cele trei variante de realizare, lucrarea începe cu prepararea plantelor cu abur supraîncălzit într-un spațiu deschis, cu o temperatură a aburului de 550 o C. viteza spațială unclosed asigură expansiunea vaporilor de contur la 2 m / s.
Prepararea aburului supraîncălzit are loc într-o țeavă de oțel din oțel rezistent la căldură (starter), a cărui diametru și lungime depind de puterea instalației. Capacitatea instalației determină cantitatea de apă descompusă, litri / s.
Un litru de apă conține 124 litri de hidrogen și 622 de litri de oxigen. în termeni de calorii este de 329 kcal.
Înainte de începerea instalării, starterul se încălzește de la 800 la 1000 o C / încălzirea se face prin orice metodă.
Un capăt al starterului este amortizat de o flanșă, prin care apa distribuită ajunge să se descompună în capacitatea calculată. Apa din starter este încălzită la 550 ° C și părăsește liber celălalt capăt al starterului și intră în camera de descompunere cu care este conectat demarorul prin flanșe.
In camera de expansiune, aburul supraîncălzit este descompus în hidrogen și oxigen printr-un câmp electric creat de electrozii pozitivi și negativi, la care un curent continuu cu o tensiune de 6000 V. Electrodul pozitiv în sine servește corpul camerei / tub / și electrodul negativ este un tub cu pereți subțiri din oțel, montate pe centrul corpului, pe toată suprafața căruia sunt găuri cu un diametru de 20 mm.
Electrodul de țeavă este o rețea care nu trebuie să creeze o rezistență pentru a intra în electrodul de hidrogen. Electrodul este atașat la corpul tubului pe izolatoarele cu bucșe și o tensiune ridicată este aplicată aceluiași dispozitiv de fixare. Capătul tubului electrod negativ se termină într-o conductă izolatoare electrică și rezistentă la căldură pentru evacuarea hidrogenului prin flanșa camerei. Orificiul de evacuare a oxigenului din carcasa camerei de descompunere printr-o conductă de oțel. Electrodul pozitiv / carcasa camerei foto / video trebuie să fie împământate și împământate la polul pozitiv la alimentarea cu curent continuu.
Randamentul hidrogenului în raport cu oxigenul este de 1: 5.
A doua opțiune
Exploatarea și instalarea instalației conform celei de-a doua variante (Schema 2).
Instalarea celui de al doilea exemplu de realizare este destinată să se obțină o cantitate mare de hidrogen și oxigen datorită descompunerii cantități mari paralele de apă și gazele oxidante în cazane pentru producerea de abur de înaltă presiune pentru operarea centralelor electrice care funcționează pe bază de hidrogen / alte VES /.
Lucrările de instalare, la fel ca și în prima variantă, încep cu pregătirea aburului supraîncălzit în demaror. Dar acest demaror este diferit de începutul primei versiuni. Diferența este că la sfârșitul starterului este sudată o cotă în care este montat un întrerupător de abur, care are două poziții - "pornire" și "funcționare".
Rezultând într-un abur starter intră în schimbătorul de căldură, care este destinat pentru reglarea temperaturii apei recuperate în cazan, după oxidare / K1 / 550 o C. Un schimbător de căldură / Pentru / - pipe, la fel ca toate elementele cu același diametru. Între flanșele țevii sunt construite tuburi din oțel rezistent la căldură, peste care trece aburul supraîncălzit. Tuburile sunt înfășurate în apă de la un sistem de răcire închis.
Din schimbătorul de căldură, aburul supraîncălzit intră în camera de descompunere, exact la fel ca în prima versiune a instalației.
Hidrogenul și oxigenul din camera de descompunere intră în arzătorul cazanului 1, în care hidrogenul este aprins de o brichetă - se formează un flare. Lanterna, care circulă în jurul cazanului 1, creează în el un abur de lucru de înaltă presiune. Flacăra coada cazanului 1 este alimentat în cazanul 2 și căldura lor în cazan 2 pentru prepararea unui cazan de abur 1. Începe gaz de oxidare continuă în jurul întregii periferii a cazanelor în conformitate cu formula cunoscută:
Ca rezultat al oxidării gazelor, apa este recuperată și căldura este eliberată. Această căldură din instalație colectează cazanele 1 și cazanele 2, transformând această căldură într-un abur de lucru de înaltă presiune. Apa recuperată cu temperatură ridicată intră în următorul schimbător de căldură, de la ea la următoarea cameră de descompunere. O astfel de secvență de transfer de apă de la o stare la alta durează de câte ori este necesar să se obțină din această energie colectată căldură sub formă de abur de lucru pentru a asigura capacitatea de proiectare a parcului eolian.
După prima porțiune a șoselei de centură cu abur supraîncălzit toate articolele vor sublinia energia estimată și lasă acesta din urmă în circuitul boilerului 2, abur supraîncălzit este trimis printr-o conductă de la comutatorul de abur montat pe demaror. Comutatorul de abur din poziția "pornire" este mutat în poziția "de lucru", după care intră în demaror. Starterul se oprește / se aprinde, se încălzește /. De la starter, aburul supraîncălzit intră în primul schimbător de căldură și din acesta în camera de descompunere. O nouă rundă de abur supraîncălzit începe pe contur. De acum încolo, conturul de descompunere și plasmă este închis de la sine.
Instalarea de apă este cheltuită numai pe formarea aburului de lucru de înaltă presiune, care este preluat de la revenirea circuitului aburului de evacuare după turbină.
Lipsa centralelor electrice pentru parcurile eoliene este caracterul lor greoi. De exemplu, pentru un 250 MW parcul eolian trebuie să fie extinsă în același timp, 455 de litri de apă pe secundă, iar acest lucru ar necesita camerele de expansiune 227, schimbătoarele 227 de căldură, cazanele 227 / K1 / 227 cazane / K2 /. Dar această stângăcie va fi de o sută de ori deja justificate doar prin faptul că combustibilul pentru parcul eolian va fi doar apă, să nu mai vorbim de performanța de mediu a WPP. energie electrică și căldură ieftină.
A treia opțiune
A treia versiune a centralei electrice (schema 3).
Este exact aceeași centrală electrică ca cea de-a doua.
Diferența dintre ele este că această unitate funcționează în mod constant de la starter, circuitul de descompunere a aburului și arderea de hidrogen în oxigen nu sunt închise de la sine. Produsul final din unitate va fi un schimbător de căldură cu o cameră de descompunere. Un astfel de aranjament de produse va permite obținerea, pe lângă energia electrică și căldura, de asemenea hidrogen și oxigen sau hidrogen și ozon. Centrala electrică de 250 MW în timpul funcționării starterului va consuma energie pentru a încălzi starter, apă 7,2 m 3 / h și apă la formarea aburului motiv de 1620 m 3 / h / apă cu ajutorul aburului de evacuare din / retur. În centrala electrică pentru parcuri eoliene, temperatura apei este de 550 o C. Presiunea de vapori este de 250 la. Consumul de energie pentru crearea unui câmp electric pe camera de descompunere este de aproximativ 3600 kW / h.
Centrala electrică de 250 MW, atunci când introduc produse pe patru etaje va ocupa o suprafață de 114 x 20 m și o înălțime de 10 m, nu este dată aria de sub turbina, generator și transformator de 250 kVA. - 380 x 6000.
INVENȚIA ARE AVANTAJE FOLLOARE
Căldura produsă prin oxidarea gazelor poate fi utilizată direct pe amplasament, prin care hidrogenul și oxigenul sunt produse utilizând aburul uzat și apa de proces.
Un consum redus de apă la primirea energiei electrice și a căldurii.
Economii semnificative de energie, pentru că se petrece numai pe încălzirea starterului până la regimul termic la starea de echilibru.
Performanță ridicată a procesului, deoarece Disocierea moleculelor de apă durează o zecime de secundă.
Metode de explozie și siguranță la foc, deoarece atunci când este efectuată, nu este nevoie de containere pentru colectarea hidrogenului și a oxigenului.
În timpul funcționării instalației, apa este purificată în mod repetat, transformată în apă distilată. Aceasta elimină nămolul și scara, ceea ce sporește durata de viață a instalației.
Unitatea este fabricată din oțel obișnuit; cu excepția cazanelor din oțel rezistent la căldură cu căptușeală și ecranare a pereților lor. Asta este, materiale speciale scumpe nu sunt necesare.
Invenția poate fi aplicată în industrie prin înlocuirea hidrocarburilor și a combustibilului nuclear în centralele electrice cu apă ieftină, răspândită și ecologică, menținând în același timp capacitatea acestor plante.
FORMULARUL INVENȚIEI
O metodă de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă. cuprinzând trecerea aburului prin acest câmp electric, caracterizat prin aceea că vaporii de apă supraîncălziți, având o temperatură de 500 - 550 o C. care curge prin câmpul electric de tensiune continuă de curent mare pentru disocierea aburului și separarea în atomi de hidrogen și oxigen.
Fișierul de fișiere / inc / cackle_template.php nu a fost găsit.
Trimiteți-le prietenilor: