Мобильная установка для уничтожения мусора сжиганием в пламени смеси водорода и кислорода.
Сегодня повсеместно где происходит деятельность больших групп людей скапливается мусор. Загрязнению подвергаются как сухопутные, так и водные пространства. Мусор состоит из органических и неорганических веществ. Если их подвергнуть воздействию высокой температуры произойдёт либо сгорание, либо разрушение этих веществ на более простые химические соединения. В результате объём мусорных отбросов многократно уменьшится, сократившись до определённого количества порошкообразной золы. Золу можно дополнительно перерабатывать для получения тех или иных веществ или захоронить.
Транспортировка золы проста и сравнима с перевозкой песка. Для сжигания мусора наиболее эффективна печка с факелом пламени. Его получение в результате окисления водорода обеспечивает минимальные экологические последствия. В этом случае получается только водяной пар. Однако мусор при сгорании водорода также будет гореть поскольку в нём содержится много органических соединений. Чтобы уменьшить выделение вредных веществ применяются фильтры.
Весь процесс обеспечивается энергетической установкой. Она содержит
• оборудование для электролиза (ЭЛ);
• электрогенератор (ЭГ);
• двигатель внутреннего сгорания (ДВС), адаптированный для работы на кислороде и водороде.
ДВС воздействует на ЭГ. ЭГ вырабатывает электричество, потребляемое ЭЛ и фильтрами. ЭЛ вырабатывает водород и кислород, потребляемые ДВС и печкой. Возможность такого процесса подтверждена практическими действиями. Опыты с положительным результатом были проведены о чём свидетельствует информация по ссылке
http://zaryad.com/2013/05/09/vyichislyaem-kpd-elektrolizerov-i-generatorov-vodoroda/
Далее приведен скриншот части страницы с указанного адреса:
Автором был выполнен расчёт, который так же подтвердил работоспособность схемы ДВС>ЭГ>ЭЛ>ДВС.
Расчёт автора
Начну с информации, которая покажет реальность получения коммерческой выгоды от проекта. Для производства кислорода и водорода на текущем интервале времени мной выбрана установка ЭУ-2/3.2 производимая ООО «Электролизные технологии»:
ссылка: http://vodo-rod.ru/ustanovka-dg.html
скрин:
Возможно существуют и более эффективные установки, но о них не я знаю и поэтому рассматриваю ЭУ-2/3.2.
Выбраны такие параметры ЭУ-2/3.2 для дальнейшего анализа (см. таблицу выше):
• производительность по водороду 2 куб. м в час;
• рабочее давление 3,2 мПа;
• напряжение питания 28 В;
• потребляемый ток 500 А;
• энергопотребление, кВт·ч/м3 не более 4,7
Далее по тексту принимаем мощность электрогенератора нашей электростанции с ЭУ-2/3.2 в 14 кВт. Это необходимо для обеспечения электропитания ЭУ. Чтобы вращать нагруженный генератор 14 кВт нужен двигатель 20 л.с. Если двигателю внутреннего сгорания хватит производительности по водороду 2 куб. м в час, значит установка сможет работать сама на себя потребляя только воду. Для сравнения и расчётов ищем информацию о потреблении бензина и водорода в ДВС. Находим книгу:
И страницы из этой книги:
Затем находим ссылку: https://studopedia.org/4-59306.html . На страничке рассматриваются судовые дизели. Их режим работы аналогичен тому который имеет место быть в нашей электростанции. Со странички по ссылке берём следующую информацию:
Следовательно, обычный автомобильный дизельный движок расходует в час на одну л. с. не более
126*2,5=315(г) – специально выбираем самый худший показатель, т.е. коэффициент 2,5 для обычного движка.
Бензин легче дизельного топлива. Поэтому если эти 315г применить к менее экономичному бензиновому ДВС который нужен для нашей электростанции получится вполне правильно. Переводим граммы в литры и получаем для плотности бензина значение 750 кг/куб.м = 750 г/л
315:750=0,42 (л)/л. с. – потребление топлива для бензинового движка, самого плохого.
Наш движок 20 л. с. который не отличается экономичностью за один час употребит
20*0,42= 8,4 л бензина,
которые создадут
8,4*44=369,6 мДж теплоты.
Чтобы создать такое же количество теплоты потребуется водорода при температуре 15 градусов Цельсия и давлении 101,3 кПа:
369,6/10,228=36,14 куб.м
Но поскольку рабочее давление ЭУ равно 3,2 мПа, а в расчёте 101,3 кПа ИМХО нужен поправочный коэффициент. Я не знаю, как точно его посчитать, поэтому просто разделю:
3200/101,3=31,59
Следовательно, из рассматриваемого электролизёра потребуется водорода
36,14/31,59=1,144 куб.м
Допустим, коэффициент определён неверно. Однако судя по цифрам расчёт укладывается в производительность ЭУ 2 куб.м/час по водороду.
Следовательно,
ЛЮБОЙ ДВС В РАССМАТРИВАЕМОЙ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ОБЕСПЕЧИТ САМ СЕБЯ НЕОБХОДИМЫМ КОЛИЧЕСТВОМ ВОДОРОДА И БУДЕТ ПОЛЕЗЕН КАК ГЕНЕРАТОР ПАРА С ТЕМПЕРАТУРОЙ 500 – 1000 (ИЛИ ВЫШЕ) ГРАДУСОВ ЦЕЛЬСИЯ. ЭТОТ БЕСПЛАТНЫЙ ПАР МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛЬЯ, ТЕПЛИЦ И Т.П. ОХЛАЖДЁННЫЙ ПАР - КОНДЕНСАТ МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ СКОЛЬКО УГОДНО РАЗ ПОЛУЧИВ СОВСЕМ НЕБОЛЬШИЕ ПОТЕРИ ВОДЫ В СИСТЕМЕ.
Улучшение экономичности ДВС высвободит определённое количество электроэнергии, т.е. понадобится менее мощная ЭУ при уже имеющемся электрогенераторе. Разницу электрической мощности можно отдавать в полезную нагрузку.
Далее рассчитаем какую же максимальную электрическую мощность можно получить, используя официальный самый эффективный ДВС (см. выше).
Чтобы не сильно напрягаться примем допущение, которое не особо заметно повлияет на наши расчёты. Допускаем что движок Wartsila - Sulzer RTA FLEX 96 мощностью 108000 л.с. с электронной системой управления подачи топлива в цилиндры (COMMON RAIL) - бензиновый. Напоминаю, что у него удельный расход топлива на всех режимах колеблется в районе 118-126 граммов на лошадиную силу в час; что в 1,5-2,5 раза ниже, чем у автомобильных дизелей. Принимаем максимальное значение – 126 граммов на лошадиную силу в час, допустив, что это бензин.
126:750=0,168 (л)/л. с. – потребление топлива для бензинового движка, самого лучшего.
Наш движок 108000 л. с. который отличается экономичностью за один час употребит
108000*0,168= 18144 л бензина, которые создадут
44*18144=798336 мДж теплоты.
Чтобы создать такое же количество теплоты потребуется водорода при температуре 15 градусов Цельсия и давлении 101,3 кПа:
798336/10,228=78053,97 куб.м
Но поскольку рабочее давление ЭУ равно 1,6 мПа, а в расчёте 101,3 кПа ИМХО нужен поправочный коэффициент. Я не знаю, как точно его посчитать, поэтому просто разделю:
1600/101,3=15,795
Следовательно, из рассматриваемого электролизёра потребуется водорода
78053,97/15,795=4941,792 куб.м
Выбираем ЭУ-1000/1.6 (см. таблицу выше):
• производительность по водороду 1000 куб. м в час;
• рабочее давление 1,6 мПа;
• напряжение питания 468 В;
• потребляемый ток 10200 А;
• Энергопотребление, кВт·ч/м3 не более 4,1
Опять, исходя из худшего варианта, перемножаем вольты и амперы и получаем 4773,6 кВт. Таких установок потребуется 5 штук. Их общая мощность составит:
4773,6*5=23868 кВт
Движок Wartsila - Sulzer RTA FLEX 96 мощностью 108000 л.с. то же самое что 79433,87 кВт
Доступная для нагрузки бесплатная мощность равна
79433,87 - 25548,31 = 55565,87 кВт
И это как дополнение к бесплатному теплу. То есть уже сегодня можно в кратчайшие сроки создать экологически чистую электростанцию в любом месте где достаточно воды или льда. Причём, любой мощности на основе энергетических ячеек с движком Wartsila - Sulzer RTA FLEX 96 мощностью 108000 л.с. 1 шт. и ЭУ-1000/1.6 5 шт., объединяя их.
Надеюсь, что теперь у Вас нет сомнений в состоятельности проекта даже без применения специального ДВС.
Создание более экономичных ДВС увеличит эффективность таких теплоэлектростанций по количеству вырабатываемой электроэнергии. Одним из вариантов может стать поршневой двигатель Степанова (ПДС), см. ссылку:
https://sites.google.com/site/stepanovspistonengine/
ПДС в 2-3 раза увеличит отдачу электроэнергии в нагрузку по сравнению с наиболее экономичными из существующих поршневых ДВС (по предварительным расчётам).
Предлагаемая установка масштабируется в широких приделах. Это позволяет строить как мобильные, так и стационарные блоки для сжигания мусора в любом месте где есть вода в количестве достаточном для процесса сжигания мусора.
Часть водяного пара после ДВС и печки может быть сконденсирована для повторного использования. Это уменьшит расход воды. В мобильном варианте установка может быть размещена либо на плавучей, либо на автомобильной платформе. Необходимое число таких установок избавит от необходимости вывозить мусор за пределы населённых пунктов на мусорные свалки. В городских микрорайонах в специальные места по суше или по воде доставляется мобильные мусоросжигательные установки. При необходимости они могут быть дополнительно использованы для отопления и горячего водоснабжения.
Для очистки океанических пространств и прибрежных территорий строится судно с мусоросжигательной установкой необходимой мощности. Мусор накапливается в определённых местах прибрежной зоны. Судно перемещается от одного места к другому сжигая на месте накопившийся мусор. Для своей работы судно потребляет речную или морскую воду, а также продукты разложения мусора.
