Способ утилизации тепла отходящих газов печей

 

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ. ГАЗОВ ПЕЧЕЙ, преимущественно нагрейательных, включающий подачу топлива и части отходящих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси на сжигание,отличающийся тем, что, с целью интенсификации конверсии и повышения экономичности процесса, топливо смешивают с 20 50% общего крличества отходящих газов , полученную смесь перед подачей на каталитическую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что смеси и подачу ее на каталитическую конверсию многократно повторяют. §

(19) (П) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ЗСЮ F 27 D 17 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3346584/22-02 (22) 16. 10. 81 (46) 23.04.83. Бюл. 9 1 5 (72) В.Г. Носач, А.А. Кривоконь, В.Е. Филипчук, В.К. Судник,В.И.Супрун, Т.В. Каунов и И.A. Шаинский (11) Сектор ИГД-генераторов электроэнергии Института электродинамики

AH Украинской ССР (53) 621.783 (088 ° 8)

{ 56 ) i . ."Каталитическая конверсия углеводородов", 1978, Р 3, 81-86.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 303044, кл. С 10. J 1/26, 1964.

{54) {57) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА

ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПЕЧЕЙ, преимущественно нагревательных, включающий подачу топлива и части отходящих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси гаев на сжигание, отличающийся тем, что, с целью интенсификации конверсии и повышения экономичности процесса, топливо смешивают с 20—

50% общего количества отходящих газов, полученную смесь перед подачей на каталитическую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что подогрев смеси и подачу ее на каталитическую конверсию многократно повторяют.

Ф

l 013726

Изобретение относится к технологии .утилизации тепла отходящих газов, преимущественно нагревательных печей.

В настоящее время на долю промышленных печей в тепловом балансе страны приходится до 22% всего потребляемого органического топлива °

Тепло, выделяемое при сжигании топлива в печах, только частично расходуется на технологический про-; цесс, большая его часть от 50% до

70% теряется с уходящими продуктами сгорания.

В связи с этим большое внимание в последнее время уделяется решению проблемы утилизации тепла отходящих газов.

В настоящее время разрабатываются новые эффективные способы утилизации тепла уходящих газов., основанные на термохимической регенерации тепла, в результате которой тепло передается в виде химической энергии топливу. Сущность такой регенерации заключается B том, что органическое топливо подвергается термообработке с теплоносителем, вступающим в эндотермическую реакцию с топливом, например, по реакции между метаном,, углекислым газом и водяными парами

СН4 +Н О=СО +3H 49, 3 ккал/моль (1 ) ,СН4 +СО =2СО+2Н -r 59,1 ккал/моль (2)

В качестве теплоносителей исполью з уют смесь орга ниче ск orо топлива с воздухом, водяными парами.

Известен способ утилизации тепла отходящих газов, основанный на термохимической регенерации тепла, включающий смешивание топлива — метана с теплоносителем, нагрев смеси, осуществление каталитической конверсии полученной смеси и возврат конвертированного газа в печь на сжигание. В качестве тепЛоносителя используют водяной пар, который смеши" вают с топливом в стехиометрическом соотношении. Способ осуществляют в реакторе, в который подают одновременно водяной пар, топливо и катализатор конверсии метана, например,, марки КСН. В полученной смеси происходит эндотермическая реакция паровой конверсии метана, в результате которой запасается тепловая энергия, которая повторно используется в про-. мышленных печах С1Д.

Однако этот способ недостаточно эффективен из-за низкой -интенсивности паровой конверсии метана. К тому же паровая конверсия имеет еще один недостаток: она требует большого количества водяного пара (1,125 кг на

1 кг метана), причем íà его подогрев затрачивается около 6% тепла от сжигания.природного газа. Кроме того, осуществление нагрева всей сме .и вместе с катализатором приводит к быстрому разрушению катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на термохимической регенерации тепла, использующий в.качестве, теплоносителя часть отходящих газов.

Этот процесс является более экономичным, поскольку отходящие газы ис10 пользуются не на нагрев теплоносителя, а непосредственно в качестве теплоносителя 2 ..

Однако в известном способе конверсия топлива с частью уходящих га15 зов проводится в химреакторе, объедннякщем в.себе функции трех агрегатов — смесителя, смесеподогревателя и. реактора. Такое оформление процесса конверсии возможно, если теплосодержание уходящих газов .достаточно для проведения эндотермических реакций их восстановления (нап р имер, ух о.дящие газы МГД генератора Т = 22002500 К) .

ЬЫИ

При более низких температурах ухо,цящих газов (Т- 1200 К) или для топлива, непосредственная подача которых в продукты сгорания сопровождается. сажевыделением (например., при подаче метана в его же продукты сгорания), такое оформление процесса конверсии невозможно.

В этом случае необходимо исполь зова ние катализатора, знач итель но сиижакщего температуру начала восстановления отходящих газов органическим топливом, а также дополнитель ный обогрев смеси извне ° Однако оптималь ное проведение процессов конверсии и нагрева в одном агрегате невозможно, поскольку для интенсификации теплообмена необходимо увеличение скорости движения смеси вдоль греющей поверхности, а для интенсификации процесса конверсии — уменьшение скорости, т.е. увеличение времени пребывания смеси .в катализаторе. Кроме того, наличие катализатора, коэффициент теплопроводности которого мал, не способствует увеличению подвода тепла ни при больших, ни при малых скоростях течения смеси.

Цель изобретения — интенсификация конверсии и повышение экономичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу утилизации тепла отходящих газов печей, преимущественно нагревательных, включающему подачу топлива и части отходящих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси газов на сжигание, топливо смешивают с 20-50% общего количества отходящих газов, полученную

1013726 смесь перед подачей на каталитичес- . кую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии.

Кроме того, подогрев смеси н подачу ее на каталитическую конверсию многократно повторяют °

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Схема содержит промышленную печь 1, воздухоподогреватель 2, смесеподогреватель 3, химреактор для проведения конверсии 4 и смеситель 5. утилизация тепла нагревательной печи по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Органическое топливо и 20-50% отходящих газов {в зависимости от типа печи и выбранной технологической схемы) прступают в смеситель. 5, где происходит смесеобразование и подача ее в смесеподогреватель 3.

После прогрева до температуры.выше температуры начала .каталитической конверсии (для метана эта температура составляет - 1100 К и превышает температуру начала кон версии метана на никелевом катализаторе на 50 — 100 С),.смесь направляют .в химреактор 4„ где происходит конверсия органического топлива со своими продуктами сгорания — отходящими газами, по реакциям .(1) и (2).

На осуществление зкзотермических реакций (1) и (2) требуется тепло.

Часть физического тепла продуктов сгорания, выходящих из печи, расходуется на осуществление этих реакций и превращается .в химическую энергию продуктов термического превращения и вместе с ними возвращается в печь.

Предлагаемый способ был испытан на.экспериментальной установке КОРТ-M:, моделирующей работу

-промышленной печи, работающей на природном газе.

Принципиальная схема экспериментальной установки для реализации предлагаемого способа соответствует чертежу. Она состоит из собственной лечи, пятисекционного воздухоподо-. гревателя, четырехсекционного подогревателя конвертированного газа (смесеподогревателя), трех адиабатных химреакторов, заполненных катализатором КСН, инжекционного смесителя и водяного. калориметра (не показан). Печь выполнена в виде прямоугольного канала 250x250 mP, высотой 1500 мм и выложена высокоглиноземистым ультралегковесом толщины 125 мм. Объем печи разделен керамической насадкой на камеру сгорания и участок теплосъема. В последнем для изменения температуры газов установлен водяной калориметр змеевико» вого типа. Воздухоподогреватель и смесеподогреватель выполнены в виде одного технологического аппарата, состоящего из десяти секций трубчатих подогревателей, каждая из которых состоит из семи жаропрочных труб.

В пяти секциях расположен воздухоподогреватель, в четырех подогреватель конвертированных газов, в сдной секции через перфорированные

10

Ъ

Результаты проведенных экспериментов подтвердили эффективность разделения процесса теплообмена и каталитической конверсии в организм ции различных технологических схем.

При этом на катализаторе не происходило выделение сажй.

Проведенные исследования подтвер» дили работоспособность схемы в целоМ и ее отдельных элементов.

Применение печи с термохимической регенерацией -тепла является

65 трубы осуществляется отбор продуктов сгорания.

Размер тракта греющих продуктов . сгорания 250х250 мм, высота одной.

15 секции 80 мм.

Работа печи осуществляется следующим образом,.

Подача воздуха и конвертированного газа в печь осуществляется через тракт трубчатых подогревателей.

В печи происходит сгорание смеси и продукты сгорания направляются на водяной калориметр, имитирукщий полез-. ный технологический процесс. После совершения полезной работы продукты сгорания поступают на трубы воздухоподогревателя конвертированного газа. Температура продуктов сгорания на входе в подогреватели может изменяться от 1500 до 400 К, что охватывает практически весь интересующий диапазон изменения температур.

Метан перед подачей в подогреватель смешивают.с продуктами сго35 рания. Конструкция установки обеспечивает устойчивую работу в широком диапазоне изменения коэффициентов избытка окислителя CI.=0,7-2,0.

После прогрева до 800 С смесь мета40 на с продуктами сгорания поступает на Ni-катализатор марки КСН, где и происходит образование конвертированного газа, поступающего в печь на сгорание.

Для интенсификации процесса конверсии, который сопровождается значительным поглощением тепла, подогреватель конвертированного газа выполняют четырехсекционным (подог50 рев-конверсия на катализаторе. поВ догрев-конверсия и т.д.).

1013726 уодящме

ИЗЫ вЂ” -э

Составитель Г. Наумова

Редактор A. Шандор Техред A.Âàáèíe, Корректор Е. Рошко

Заказ 2989/46 Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 перспективным направлением повышения эффективности использования топлива в народном хозяйстве и позволит снизить удельные расходы топлива на ряде производств на 15-20% по сравнению с только воздушной регенерацией тепла.

Конструктивное оформление химреактора с разделением процессов теплообмена и каталитической конверсии способствует интенсификации процесса нагрева смеси в 2-3 раза и увеличивает срок службы катализатора в 1,5-2 раза.