Каталитический сжигатель водорода пассивного типа
Использование: удаление водорода из герметичных помещений АЭС, предотвращение пожаров. Сущность изобретения: каталитический сжигатель водорода содержит корпус с размещенными внутри него вертикально расположенными каталитическими стержнями, покрытыми гидрофобной пленкой. Корпус выполнен в виде протяженного вертикально ориентированного цилиндра, разделенного на две зоны: нижнюю активную и верхнюю тяговую, внутри корпуса установлена водосточная трубка, причем последняя непосредственно перед активной зоной разветвлена по крайней мере на три равного диаметра водосточные трубки, равномерно распределенные по сечению активной зоны и соединенные с торцами стержней с помощью теплопроводящих ребер. Стержни размещены в активной зоне по крайней мере в два яруса, между которыми, а также над верхним и под нижним установлены сетчатые огнепреградители, соединенные с водосточными трубками, причем каждый стержень нижнего яруса окружен с зазором цилиндрической обечайкой. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к устройствам удаления водорода из герметичных помещений атомных электростанций (АЭС) и может быть использовано для предотвращения пожаров и обеспечения безопасности АЭС. Применяемые в настоящее время устройства для удаления водорода из герметичных помещений защитных оболочек АЭС, например, обогреваемые контактные аппараты (рекомбинаторы) с принудительной прокачкой газовой среды, содержащей водород, устанавливаемые за пределами гермозоны или свечи накаливания, располагаемые в гермозонах и обеспечивающие воспламенение водорода только при достижении его концентрации предела воспламенения, не обеспечивают эффективности и надежности работы АЭС. Это объясняется тем, что перечисленные устройства не являются устройствами пассивного типа, т.е. зависят от работы подключенного к ним электроснабжения и при аварийной ситуации с длительной потерей электроэнергии они не работают. Известен каталитический воспламенитель водорода, содержащий корпус и каталитический проволочный нагреватель, воспламеняющий водородо-воздушную смесь. Недостатками этого устройства являются то, что они начинают функционировать лишь при достижении нижнего концентрационного предела воспламенения водорода, чувствительны к содержанию пара в газовой среде, имеют механические движущиеся части, т.е. не являются устройствами пассивного типа, и имеют определенное время задержки срабатывания, в результате чего может произойти опасное скопление водорода. Прототипом предлагаемого технического решения является устройство для каталитического сжигания водорода, содержащее корпус в виде центрального несущего стержня и фланцев, в которых установлены катализатор в виде керамических трубок причем поверхность каждого элемента (трубки) катализатора снабжена слоем гидрофобного материала. Недостатком этого устройства является то, что подвод водородосодержащей среды к нему не организован и осуществляется главным образом за счет диффузии и потока Стефана. Вследствие этого дожигатель работает недостаточно эффективно, т. к. его производительность зависит от величины потока подаваемого газа. Кроме того, при концентрациях водорода в воздухе выше 6% катализатор теряет гидрофобные свойства. Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности работы каталитического сжигания водорода путем интенсификации подачи водорода к стержням и предотвращения воспламенения водорода при его концентрации, превышающей предел воспламенения. Указанная цель достигается тем, что в каталитическом сжигателе водорода пассивного типа, содержащем корпус с размещенными внутри него вертикально расположенными каталитическими стержнями, покрытыми газопроницаемой гидрофобной пленкой, корпус выполнен в виде протяженного вертикально ориентированного цилиндра, разделенного на две зоны: нижнюю активную и верхнюю тяговую, внутри корпуса установлена водосточная трубка, причем последняя непосредственно перед активной зоной разветвлена по меньшей мере на три равного диаметра водосточные трубки, равномерно распределенные по сечению активной зоны и соединенные с торцами стержней с помощью теплопроводящих ребер, стержни размещены в активной зоне по меньшей мере в два яруса, между которыми, а также над верхним и под нижним установлены сетчатые огнепреградители, соединенные с водосточными трубками, причем каждый стержень нижнего яруса окружен с зазором цилиндрической обечайкой. Кроме того, последняя скреплена торцами с теплопроводящими ребрами и снабжена поперечными щелями в виде жалюзи. На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1. Каталитический сжигатель водорода пассивного типа содержит корпус 1 с расположенными внутри него в два яруса каталитическими стержнями 2. Корпус 1, выполненный в виде цилиндра, разделен на активную зону 3 и тяговую зону 4. Внутри корпуса 1 расположена водосточная трубка 5, имеющая разветвление непосредственно перед активной зоной 3 по меньшей мере на три равного диаметра водосточные трубки 6 соединенные с торцами стержней 2 с помощью теплопроводящих ребер 7. Верхний и нижний ярусы каталитических стержней 2 ограждены сверху-снизу и разделены между собой сетчатыми огнепреградителями 8, соединенными с водосточными трубками 6. При этом каждый стержень нижнего яруса окружен с зазором цилиндрической обечайкой 9, скрепленной торцами с ребрами 7 и имеющей поперечные щели 10 в виде жалюзи. Водосточные трубки 6 в зоне расположения стержней 2 верхнего яруса и стенки корпуса 1 снабжены завихрителями 11. В верхней части тяговой зоны 4 установлена воронкообразная крышка 12, соединенная с водосточной трубкой 5. Каталитический сжигатель водорода пассивного типа работает следующим образом. Находясь постоянно в помещении, каталитический сжигатель начинает работу сразу после поступления в помещение водорода при его концентрации0,2 об. В этом случае не требуется предварительной подсушки и подогрева катализатора (платины), так как он защищен пористой гидрофобной пленкой, непроницаемой для влаги, но проницаемой для газа. При аварийной ситуации и поступлении водорода в помещение на стержнях катализатора выделяется тепло, которое способствует организации конвективного потока водородосодержащего газа через сжигатель, скорость которого достигает 1 3 м/с, и пропорциональна количеству сжигаемого водорода. Наличие в устройстве тяговой зоны 4 усиливает конвективный поток. Благодаря этой конвекции к каталитическим стержням 2 подсасывается свежая газовая смесь, в помещении поддерживается близкая к однородной концентрация водорода. В нижнем ярусе происходит каталитическое, т.е. беспламенное горение водорода на каталитических стержнях 2, вследствие организации "стеночного эффекта", т.к. каждый стержень 2 катализатора заключен с зазором 1,5-3 мм в цилиндрическую обечайку 9. Специальные исследования показали, что при наличии обечайки 9 беспламенное горение происходит при концентрациях водорода до 12,5 об. На катализаторе 2 нижнего яруса сгорает 40-80% водорода, в зависимости от его концентрации. Несгоревший в нижнем ярусе и перемешанный со свежим газом водород поступает к каталитическим стержням 2, расположенным в верхнем ярусе. Наличие на каждой обечайке 9 стержней 2 нижнего яруса кольцевых щелей 10 с козырьком в виде "жалюзи", а также аэродинамических завихрителей 11, расположенных на водосточных трубках 6 и стенках корпуса 1 в зоне размещения стержней 2 верхнего яруса, направляющих часть газа в радиальном направлении, обеспечивают равномерное использование всей поверхности катализатора 2. Установленные над верхним, под нижним и между ярусами сетчатые огнепреградители 8 с диаметром ячеек0,5 мм препятствуют распространению пламени как от катализатора 2 во внешний объем, так и в обратном направлении. При срабатывании в помещении спринклерной системы воды собирается в воронкообразной крышке 12 сжигателя и по опускным водосточным трубкам 5 и 6 сливается вниз. Водяная пленка могла бы закрыть часть поверхности катализатора 2, однако, организованный слив воды обеспечивает сухую поверхность катализатора 2 и, тем самым его максимальную эффективность. Благодаря наличию теплопроводящих ребер 7, соединяющих стержни 2 катализатора с водосточными трубками 6 и тепловому контакту, обеспеченному пайкой между огнепреградителями 8 и указанными трубками 6 отбирается выделяемое тепло реакции от каталитических стержней 2 и огнепреградителей 8. Концентрация водорода при прохождении газа через каждый ярус катализатора 2 снижается на 2-3% Продукты реакции, которыми являются водяные пары после верхнего яруса разгоняются в тяговой зоне 4 и по кольцевому зазору между корпусом 1 и воронкой 12 выходят из сжигателя, скорость газов на выходе из сжигателя, определенная по результатам экспериментов, достигает 1 3 м/с, что на 3 порядка больше скорости диффузии. Сжигатели развешиваются в помещении, где возможен выход водорода. Места установки дожигателей и их количество определяются путем расчета накопления и распространения водорода в помещении. Шестигранная форма корпуса предусмотрена для того, чтобы можно бы собирать модули из нескольких дожигателей.
Формула изобретения
1. Каталитический сжигатель водорода пассивного типа, содержащий корпус с размещенными внутри него вертикально расположенными каталитическими стержнями, покрытыми газопроницаемой гидрофобной пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности работы путем интенсификации подачи водорода к стержням и предотвращения воспламенения водорода при его концентрации, превышающей предел воспламенения, корпус выполнен в виде протяженного вертикально ориентированного цилиндра, разделенного на две зоны: нижнюю активную и верхнюю тяговую, внутри корпуса установлена водосточная трубка, причем последняя непосредственно перед активной зоной разветвлена по крайней мере на три равного диаметра водосточные трубки, равномерно распределенные по сечению активной зоны и соединенные с торцами стержней с помощью теплопроводящих ребер, стержни размещены в активной зоне по крайней мере в два яруса, между которыми, а также над верхним и под нижним установлены сетчатые огнепреградители, соединенные с водосточными трубками, причем каждый стержень нижнего яруса окружен с зазором цилиндрической обечайкой. 2. Сжигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая цилиндрическая обечайка скреплена торцами с теплопроводящими ребрами и снабжена поперечными щелями в виде жалюзи.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
