El método propuesto se basa en lo siguiente:
- El enlace electrónico entre los átomos de hidrógeno y oxígeno se debilita en proporción al aumento de la temperatura del agua. La práctica lo confirma cuando se quema carbón seco. Antes de quemar carbón seco, se vierte con agua. El carbón húmedo da más calor, se quema mejor. Esto se debe al hecho de que a una temperatura de combustión alta del carbón, el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se quema y le da calorías adicionales al carbón, y el oxígeno aumenta el volumen de oxígeno en el aire en el horno, lo que contribuye a una mejor y completa combustión del carbón.
- La temperatura de ignición del hidrógeno es de 580 a 590 grados Celsius, la descomposición del agua debe estar por debajo del umbral de ignición por hidrógeno.
- El enlace electrónico entre los átomos de hidrógeno y oxígeno a una temperatura de 550 grados centígrados todavía es suficiente para formar moléculas de agua, pero las órbitas de los electrones ya están distorsionadas, el enlace con los átomos de hidrógeno y oxígeno está debilitado. Para que los electrones dejen sus órbitas y el enlace atómico entre ellos se desintegre, los electrones necesitan agregar más energía, pero no calor, sino la energía de un campo eléctrico de alto voltaje. Luego, la energía potencial del campo eléctrico se convierte en energía cinética del electrón. La velocidad de los electrones en un campo eléctrico de corriente continua aumenta en proporción a la raíz cuadrada del voltaje aplicado a los electrodos.
- La descomposición del vapor sobrecalentado en un campo eléctrico puede ocurrir a una baja velocidad del vapor, y tal velocidad del vapor a una temperatura de 550 grados Celsius sólo se puede obtener en un espacio abierto.
- Para obtener hidrógeno y oxígeno en grandes cantidades, es necesario utilizar la ley de conservación de la materia. De esta ley se sigue: en qué cantidad de agua se descompuso en hidrógeno y oxígeno, en la misma cantidad obtenemos agua oxidando estos gases.
La posibilidad de realizar la invención está confirmada por ejemplos realizados en tres variantes de instalaciones.
Las tres variantes de plantas están hechas de los mismos productos cilíndricos uniformes de tubos de acero.
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Primera opción
Funcionamiento y dispositivo de instalación de la primera opción (diagrama 1)
En las tres versiones, el funcionamiento de las instalaciones comienza con la preparación de vapor sobrecalentado en un espacio abierto con una temperatura de vapor de 550 grados centígrados. El espacio abierto proporciona una velocidad a lo largo del circuito de descomposición del vapor de hasta 2 m / s.
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El vapor sobrecalentado se prepara en una tubería / arrancador / de acero resistente al calor, cuyo diámetro y longitud depende de la potencia de la instalación. La potencia de la instalación determina la cantidad de agua descompuesta, litros / s.
Un litro de agua contiene 124 litros de hidrógeno y 622 litros de oxígeno, en términos de calorías son 329 kcal.
Antes de comenzar la instalación, el motor de arranque se calienta de 800 a 1000 grados Celsius / el calentamiento se realiza de cualquier manera /.
Un extremo del motor de arranque está tapado con una brida a través de la cual se suministra el agua dosificada para la descomposición a la potencia calculada. El agua en el motor de arranque se calienta hasta 550 grados Celsius, fluye libremente desde el otro extremo del motor de arranque y entra en la cámara de descomposición, a la que está embridado el motor de arranque.
En la cámara de descomposición, el vapor sobrecalentado se descompone en hidrógeno y oxígeno por un campo eléctrico creado por electrodos positivos y negativos, a los que se suministra una corriente continua con un voltaje de 6000 V. El cuerpo de la cámara / tubería / sirve como electrodo positivo, y una tubería de acero de pared delgada montada en el centro de la caja, a lo largo de toda la superficie de la cual hay agujeros con un diámetro de 20 mm.
El electrodo de tubo es una rejilla que no debe crear resistencia para que el hidrógeno entre en el electrodo. El electrodo está unido al cuerpo de la tubería en bujes y se aplica alto voltaje al mismo accesorio. El extremo del tubo del electrodo negativo está terminado con un tubo eléctricamente aislante y resistente al calor para que el hidrógeno escape a través de la brida de la cámara. Salida de oxígeno del cuerpo de la cámara de descomposición a través de una tubería de acero. El electrodo positivo / cuerpo de la cámara / debe estar conectado a tierra y el polo positivo en la fuente de alimentación de CC debe estar conectado a tierra.
El rendimiento de hidrógeno en relación con el oxígeno es de 1: 5.
Segunda opción
Operación y disposición de la instalación según la segunda opción (esquema 2)
La instalación de la segunda opción está diseñada para obtener una gran cantidad de hidrógeno y oxígeno debido a la descomposición paralela de una gran cantidad de agua y oxidación de gases en calderas para obtener vapor de trabajo a alta presión para centrales eléctricas que operan con hidrógeno / en adelante WPP /.
El funcionamiento de la instalación, como en la primera versión, comienza con la preparación de vapor sobrecalentado en el arrancador. Pero este motor de arranque es diferente de la primera versión. La diferencia radica en el hecho de que se suelda una rama al final del motor de arranque, en la que se monta un interruptor de vapor, que tiene dos posiciones: "inicio" y "trabajo".
El vapor obtenido en el arrancador ingresa al intercambiador de calor, que está diseñado para ajustar la temperatura del agua recuperada después de la oxidación en la caldera / K1 / a 550 grados Celsius. El intercambiador de calor / A / es una tubería, como todos los productos con el mismo diámetro. Los tubos de acero resistentes al calor se montan entre las bridas de los tubos, a través de los cuales pasa el vapor sobrecalentado. Los tubos fluyen con agua desde un sistema de enfriamiento cerrado.
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Desde el intercambiador de calor, el vapor sobrecalentado ingresa a la cámara de descomposición, exactamente igual que en la primera versión de la instalación.
El hidrógeno y el oxígeno de la cámara de descomposición ingresan al quemador de la caldera 1, en el que un encendedor enciende el hidrógeno: se forma una antorcha. La antorcha, que fluye alrededor de la caldera 1, crea un vapor de trabajo a alta presión en ella. La cola del soplete de la caldera 1 ingresa a la caldera 2 y con su calor en la caldera 2 prepara el vapor para la caldera 1. La oxidación continua de los gases comienza a lo largo de todo el circuito de las calderas de acuerdo con la conocida fórmula:
Como resultado de la oxidación de los gases, se reduce el agua y se libera calor. Este calor es recogido en la instalación por las calderas 1 y 2, convirtiendo este calor en vapor de trabajo a alta presión. Y el agua recuperada a alta temperatura ingresa al siguiente intercambiador de calor, de allí a la siguiente cámara de descomposición. Esta secuencia de transición del agua de un estado a otro continúa tantas veces como sea necesario para recibir energía de este calor acumulado en forma de vapor de trabajo para garantizar la capacidad de diseño del WPP.
Después de que la primera porción de vapor sobrecalentado pasa por alto todos los productos, le da al circuito la energía calculada y deja el último en el circuito de la caldera 2, el vapor sobrecalentado se dirige a través de la tubería al interruptor de vapor montado en el arrancador. El interruptor de vapor de la posición de "inicio" se transfiere a la posición de "trabajo", después de lo cual ingresa al motor de arranque. El motor de arranque está apagado / agua, calefacción /. Desde el motor de arranque, el vapor sobrecalentado ingresa al primer intercambiador de calor y desde allí a la cámara de descomposición. Empieza una nueva vuelta de vapor sobrecalentado a lo largo del circuito. A partir de este momento, el contorno de descomposición y plasma se cierra sobre sí mismo.
El agua es consumida por la instalación solo para la formación de vapor de trabajo a alta presión, que se toma del retorno del circuito de vapor de escape después de la turbina.
La desventaja de las centrales eléctricas para parques eólicos es su incomodidad. Por ejemplo, para un parque eólico con una capacidad de 250 MW, es necesario descomponer simultáneamente 455 litros de agua por segundo, y esto requerirá 227 cámaras de descomposición, 227 intercambiadores de calor, 227 calderas / K1 /, 227 calderas / K2 /. Pero tal incomodidad se justificará cien veces más solo por el hecho de que solo el agua será el combustible para el parque eólico, sin mencionar la limpieza ambiental del parque eólico, la energía eléctrica barata y el calor.
Tercera opcion
Tercera versión de la central eléctrica (diagrama 3)
Esta es exactamente la misma central eléctrica que la segunda.
La diferencia entre ellos es que esta instalación trabaja constantemente desde un arrancador, la descomposición del vapor y la combustión del hidrógeno en el circuito de oxígeno no se cierra sobre sí mismo. El producto final de la instalación será un intercambiador de calor con cámara de descomposición. Esta disposición de productos permitirá recibir, además de energía eléctrica y calor, también hidrógeno y oxígeno o bien hidrógeno y ozono. La central de 250 MW, cuando opera desde el arrancador, consumirá energía para calentar el arrancador, agua 7,2 m3 / hy agua para la formación de vapor de trabajo 1620 m3 / h / se utiliza agua del circuito de retorno de vapor de escape /. En la central eléctrica del parque eólico, la temperatura del agua es de 550oC. Presión de vapor 250 a. El consumo de energía para crear un campo eléctrico por cámara de descomposición será de aproximadamente 3600 kW / h.
La central de 250 MW, al colocar productos en cuatro plantas, ocupará un área de 114 x 20 my una altura de 10 m, excluyendo el área para una turbina, generador y transformador para 250 kVA - 380 x 6000 V.
LA INVENCIÓN TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS
- El calor generado por la oxidación de los gases se puede utilizar directamente en el sitio, y el hidrógeno y el oxígeno se obtienen utilizando vapor residual y agua de proceso.
- Bajo consumo de agua al generar electricidad y calor.
- La sencillez del camino.
- Ahorros de energía significativos como se gasta solo en calentar el motor de arranque al régimen térmico establecido.
- Alta productividad del proceso, porque la disociación de moléculas de agua toma décimas de segundo.
- Seguridad contra incendios y explosiones del método, porque en su implementación, no hay necesidad de contenedores para recolectar hidrógeno y oxígeno.
- Durante el funcionamiento de la instalación, el agua se purifica muchas veces, convirtiéndose en agua destilada. Esto elimina sedimentos e incrustaciones, lo que aumenta la vida útil de la instalación.
- La instalación está hecha de acero ordinario; con excepción de las calderas de aceros resistentes al calor con revestimiento y blindaje de sus paredes. Es decir, no se requieren materiales costosos especiales.
La invención puede encontrar aplicación en la industria mediante la sustitución de hidrocarburos y combustibles nucleares en centrales eléctricas con agua barata, generalizada y respetuosa con el medio ambiente, mientras se mantiene la energía de estas plantas.
RECLAMACIÓN
Un método para producir hidrógeno y oxígeno a partir del vapor de agua, que incluye el paso de este vapor a través de un campo eléctrico, caracterizado porque se utiliza vapor de agua sobrecalentado con una temperatura de 500 a 550 grados Celsius, que se pasa a través de un campo eléctrico de corriente continua de alto voltaje para disociar el vapor y dividirlo en átomos de hidrógeno. y oxigeno.
