ТОПЛИВНАЯ СУСПЕНЗИЯ
FUEL SUSPENSION

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 Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
1
спирт C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH
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
3
3
Использование в составе предложенной топливной суспензии изопропилового спирта CHCH(OH)CH - 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].
-6
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 м, глубина цвета 12 бит). Данные записывали в память видеокамеры и обрабатывали с помощью персонального компьютера (программное обеспечение Photron Fastcam Viewer).
-3
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 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.