Модуль преобразования выбрасываемого в атмосферу факельного тепла в электричество

Полезная модель может использоваться в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности и в демонстрационных факельных установках. Полезная модель направлена на утилизацию тепловой энергии, образующейся при сжигании больших объемов сбросных газов путем преобразования ее в электричество. Сочетание сжигания сбросных газов в открытой атмосфере с частичной утилизацией тепловой энергии путем преобразования ее в электричество возможно при достижении стабильного и бездымного сжигания сбросных газов в коротком факеле. Для этого предлагается использовать устройство для принудительного сжигания сбросных газов с трубой Вентури, выполненной двухстенной, полой, кольцевым зазором установленным на вентиляционный тор-короб. Для достижения результата в верхней части трубы Вентури в виде короны установлено полое термостойкое кольцо. Внутренняя полость кольца заполнена термостойким материалом, например шамотной глиной, в котором затоплены изолированные горячие спаи термопар с выводом разнородных проводников в полую зону трубы Вентури. Холодные спаи термопар опущены к вентиляционному тору-коробу. В полой зоне трубы Вентури смонтирована монтажная корзина из пористого пеностекла, на которой закреплены проводники термопар. На монтажной корзине могут монтироваться в несколько слоев термобатареи с выводом полюсов на соответствующие сборные шины. Предлагаемое устройство - модуль преобразования выбрасываемого в атмосферу факельного тепла в электричество, позволяет частично утилизировать и возвращать в производство в виде электричества тепловую энергию от сжигания сбросных газов в открытой атмосфере за счет смонтированного в устройстве для принудительного сжигания сбросных газов модернизированного термоэлектрического генератора, при этом данное устройство обеспечивает эффективность сжигания, снижение выбросов в атмосферу продуктов неполного сгорания и канцерогенов.

Полезная модель может использоваться в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности и в демонстрационных факельных установках для утилизации тепловой энергии с преобразованием ее в электричество.

Известны устройства для утилизации тепловой энергии с преобразованием ее в электричество. Наиболее близкими к ней по технической сущности и достигаемому эффекту являются устройства на основе термоэлектрических преобразователей тепла в электричество, использующие эффект возникновения напряжения на стыке двух различных металлов - «эффект Зеебека». Напряжение в этом случае пропорционально разности температур между горячими и холодными спаями «термопары». Массив последовательно соединенных термопар известен как «термобатарея» (http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=ru@langpair=en%7cru@u=http:29.05.2010, копия прилагается).

Однако опыт использования термобатарей для выработки электроэнергии на промышленных объектах с целью утилизации тепловой энергии до сих пор практически отсутствует, хотя термопары широко используются для измерения неэлектрических величин в устройствах автоматического контроля. Это может объясняться тем, что «эффект Зеебека» при преобразовании тепла в электричество требует значительных затрат тепловой энергии при весьма низкой эффективности работы отдельно взятых стыков двух различных металлов. При вынужденном сжигании сбросных газов тепло, выбрасываемое в открытую атмосферу, неисчерпаемо велико. Его количество не может быть критерием, ограничивающим любые опытные работы по возврату хотя бы части этих колоссальных тепловых потерь.

Известны термобатареи Маркуса (1864 г.), в которых в качестве «отрицательного» металла используют сплав меди, цинка и никеля. «Положительным» металлом служит сплав сурьмы, цинка и висмута. В момент нагрева горячего стыка холодный стык охлаждается при погружении в воду ((http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=ru@langpair=en%7cru(@u=http:29.05.2010, копия прилагается).

Недостатком такого устройства является быстрый рост внутреннего сопротивления за счет окисления в точке соприкосновения двух металлов при охлаждении водой.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство Clamond (1879 г.). (http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=ru@langpair=en%7cru@u=http:29.05.2010, копия прилагается). Нагрев горячих стыков осуществляется от тепла продуктов сгорания твердого топлива. Газы направляются по реверсивному пути с целью увеличения теплосъема горячими спаями батареи.

Недостатками можно считать громоздкость сооружения и низкую эффективность. Металлы, выбранные для термопар на стыках быстро окисляются, увеличивая внутреннее сопротивление.

Полезная модель направлена на утилизацию тепловой энергии, образующейся при сжигании больших объемов сбросных газов путем преобразования ее в электричество.

Результат достигается тем, что модуль преобразования выбрасываемого в атмосферу факельного тепла в электричество содержит трубу Вентури, выполненную полой двустенной с конусным выходом и установленную кольцевым зазором на вентиляционный тор-короб; соосно трубе Вентури расположена газоподводящая труба, снабженная раструбом с установленным на нем конусом с рассечками и перекрыващим горловину трубы Вентури, внутренняя трубы Вентури также выполнена с рассечками, смещенными относительно рассечек конуса газоподводящей трубы по схеме гребенки, при этом в верхней части трубы Вентури установлено в виде короны полое термостойкое кольцо, внутренняя полость которого заполнено жаростойким теплоизолирующим материалом, в котором закреплены изолированные горячие спаи термопар, холодные спаи расположены во внутренней полости вентиляционного тор-короба, соединенного с рапределительными трубами вентиляционного коллектора, имеющего нормально открытые створки и патрубок для подключения тягодутьевой установки; внутри полой трубы Вентури смонтирована монтажная корзина из пористого пеностекла, в который вмонтированы проводники, соединяющие горячие и холодные спаи термопар.

Сочетание сжигания сбросных газов в открытой атмосфере с частичной утилизацией тепловой энергии путем преобразования ее в электричество возможно только после достижения стабильного и полного бездымного сжигания сбросных газов в коротком факеле, например при использовании устройства по патенту РФ 2387927 «Устройство для принудительного сжигания сбросных газов», опубл. 27.04.10. Этому способствуют некоторые особенности конструкции устройства факела, позволившие смонтировать в оголовке модернизированный термоэлектрический генератор.

Полезная модель поясняется на чертежах. На фиг.1 схематично представлен оголовок устройства для принудительного сжигания сбросных газов. На фиг.2 схематично представлен вентиляционный коллектор устройства. На Фиг.3 показана схема расположения на монтажной корзине одной из термобатарей с выводом полюсов на сборные шины. На фиг.4 - термостойкое кольцо, в котором расположены горячие спаи термопар.

Устройство для сжигания сбросных газов включает факельный оголовок (фиг.1), состоящий из газоподводящей трубы 1, имеющей раструб 2, на который установлен конус 3. На поверхности конуса 3 нанесены рассечки, например в виде прямоугольников вдоль его образующих с углом, например, 12°. Труба Вентури выполнена двухстенной, полой. Ее внутренняя стенка 4 также выполнена с рассечками, аналогичными рассечкам конуса 3, смещенными относительно рассечек конуса 3 по схеме гребенки (на половину расстояния между ними - угол 6°). Площадь рассечек на конусе 3 не меньше площади сечения газоподающей трубы 1, а общая площадь рассечек на внутренней поверхности 4 трубы Вентури должна быть достаточной для подачи расчетного объема воздуха.

Внутри трубы Вентури в двустенной зоне смонтирована монтажная корзина 5 из пористого вспененного стекла (фиг.3), на внешней поверхности которой смонтированы проводники 6 термопар, изолированные, например, фарфоровыми бусинками. Горячий спай, изолированный, например фарфоровым изолятором 7, вводится в термостойкое полое кольцо 8, установленное в верхней части трубы Вентури в виде короны, заполненное, жаростойким материалом, например, шамотной глиной (фиг.4). По периметру трубы Вентури 4 расположены дежурные факелы 9.

Холодные спаи опущены до внутренней полости вентиляционного тора-короба 10 и постоянно обдуваются подаваемым воздухом. На Фиг.3 показана схема расположения на монтажной корзине 5 одной из термобатарей с выводом полюсов на сборные шины. Верхние спаи 7 выводятся в зону высоких температур в термостойкое защитное полое кольцо 8, нижние холодные спаи опускаются в зону интенсивного обдувания воздухом из тор-короба 10.

Труба Вентури кольцевым зазором установлена на вентиляционный тор-короб 10, соединенный с распределительными трубами 11, подающими воздух от вентиляционного коллектора 12, расположенного в нижней части установки. Коллектор 12 (фиг.2) снабжен патрубком 13 для присоединения тягодутьевой установки, а также створками 14, которые в расчетном (штатном) режиме открыты. При включении тягодутьевой установки (аварийный случай) створки 14 под давлением воздуха закрываются. Вентиляционный коллектор 12 и газоподводящая труба 1 установлены на общей платформе 15. В верхней части газоподводящей трубы 1 (у основания раструба 2) установлен огнепреградитель.

Устройство работает следующим образом.

Сбросный газ подается по газоподводящей трубе 1 в раструб 2. Сечение трубы 1 расширяется и скорость газа снижается. На раструб 2 надет конус 3 с прямоугольными рассечками с общей площадью, большей площади сечения газоподводящей трубы 1. Сбросный газ вытекает на поверхность конуса 3, образуя газовые струи по его периметру. Навстречу газовым струям в их промежуток по принципу гребенки устремляются более мощные струи воздуха из прямоугольных рассечек внутренней стенки 4 трубы Вентури. Таким образом, турбулизированный газовоздушный поток выбрасывается в верхнюю часть трубы Вентури, где находятся дежурные факелы 9. Масса турбулизированной газовоздушной смеси воспламеняется по всему объему и горит в начальном кинетическом режиме, так как отсутствует центральный жестко сформированный центр факела. Зная сочетание приблизительного состава газа и воздуха, можно регулировать первичный объем воздуха (¹) тягодутьевой установкой. Таким образом создаются условия для регулирования подвода воздуха в основание газового факела и турбулизирования его во всем объеме, не оставляя зон для гетерогенных процессов при сжигании большого объема газа в устойчивом режиме.

По мере установления устойчивого горения факела, термостойкое кольцо 7 нагревается до высоких температур (>1000°), также как и горячие спаи термопар, находящиеся в фарфоровых изоляторах и защитном слое шамотной глины. Проводники разной полярности, последовательно собранные в цепь каждой термобатареи, передают ЭДС от холодных спаев на сборные шины (фиг.3). Разность температуры между горячими и холодными спаями обеспечивается постоянным обдувом воздухом из тор-короба 10.

Таким образом, предлагаемое устройство - модуль преобразования выбрасываемого в атмосферу факельного тепла в электричество, позволяет частично утилизировать и возвращать в производство в виде электричества тепловую энергию от сжигания сбросных газов в открытой атмосфере за счет смонтированного в устройстве для принудительного сжигания сбросных газов термоэлекторогенератора, при этом устройство сжигания обеспечивает эффективность сжигания, снижает выбросы в атмосферу продуктов неполного сгорания и канцерогенов.

Модуль преобразования выбрасываемого в атмосферу факельного тепла в электричество содержит трубу Вентури, выполненную двустенной полой с конусным выходом, установленную кольцевым зазором на вентиляционный тор-короб; соосно трубе Вентури расположена газоподводящая труба, снабженная раструбом с установленным на нем конусом с рассечками и перекрыващим горловину трубы Вентури, внутренняя стенка трубы Вентури также выполнена с рассечками, смещенными относительно рассечек конуса газоподводящей трубы по схеме гребенки, при этом в верхней части трубы Вентури установлено полое термостойкое кольцо, внутренняя полость которого заполнено жаростойким теплоизолирующим материалом, в который вставлены изолированные горячие спаи термопар, холодные спаи расположены во внутренней полости вентиляционного тор-короба, соединенного с рапределительными трубами вентиляционного коллектора, имеющего нормально открытые створки и патрубок для подключения тягодутьевой установки; внутри полой трубы Вентури смонтирована монтажная корзина из пористого пеностекла, в которой смонтированы проводники, соединяющие горячие и холодные спаи термопар.