Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов

Авторы патента:

F23D14/18 - с использованием катализа для беспламенного горения

Владельцы патента RU 2379589:

Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах. Устройство содержит каталитически активную трубку, образованную засыпкой гранул катализатора в полость между внешней цилиндрической оболочкой из нержавеющей сетки и внутренней цилиндрической решеткой, имеющими собственную систему термокомпенсации, во внутренней полости каталитической трубки коаксиально установлена газораспределительная трубка, снабженная двухступенчатым газораспределителем с термокомпенсатором, содержит торцевые колпачки, связанные с внешней сеткой и свободно скользящие по газораспределительной трубке, а подводящая трубка имеет одностороннюю перфорацию, ориентированную отверстиями спутно конвективному потоку воздуха. Технический результат - повышение удельной мощности поверхности нагревательного элемента, удешевление производства устройства, повышение качества сгорания топлива практически с отсутствием вредных примесей в продуктах сгорания. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах, и может найти применение в производстве автономных и стационарных нагревателей для обогрева бытовых и производственных помещений, приготовления пищи и т.п.

Известно каталитическое устройство, содержащее газораспределительную трубку, размещенные на ее внешней поверхности распределитель газа и слой катализатора, выполненный в виде газопроницаемых армированных лент, навитых на газораспределительную трубку (RU 2062402, F23D 14/18, 20.06.96).

Недостатком известного устройства является большой объем ручной работы трудно поддающийся механизации, и, как следствие, невозможность достичь равномерного по поверхности элемента сжигания газа, что приводит к снижению удельной мощности.

Наиболее близким является каталитическое устройство для сжигания углеводородных смесей, которое содержит коаксиально расположенную относительно подводящей газораспределительной трубки металлопористую каталитически активную трубку, вставку-сердечник, заглушку-компенсатор, торцевые колпачки, жестко связанные с металлопористой каталитически активной трубкой, а подводящая трубка выполнена с односторонней перфорацией, ориентированной отверстиями навстречу конвективному потоку воздуха (RU 2172894, F23D 14/18, 27.08.2001).

Недостатком известного устройства является наличие дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи металлопористой каталитически активной трубки. Вследствие воздействия высокой температуры происходит быстрый износ матрицы для спекания. Для обеспечения достаточной прочности каталитически активной трубки требуется увеличение толщины ее стенок, что ведет к неоправданному увеличению расхода дорогостоящей каталитической смеси.

Изобретение решает задачу исключения дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи, замены металлопористого катализатора на промышленный гранулированный катализатор на носителе из Al₂O₃, повышения удельной мощности поверхности нагревательного элемента, снижения выбросов токсичных газов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов содержит каталитически активную трубку, образованную засыпкой гранул катализатора в полость между внешней цилиндрической оболочкой из нержавеющей сетки и внутренней цилиндрической решеткой, имеющими собственную систему термокомпенсации. Система термокомпенсации внешней цилиндрической оболочки из нержавеющей сетки реализуется скольжением торцевых колпачков по газораспределительной трубке, а система термокомпенсации внутренней цилиндрической решетки реализуется скольжением цилиндрической решетки по опорам. Во внутренней полости каталитической трубки коаксиально установлена газораспределительная трубка, снабженная двухступенчатым газораспределителем с термокомпенсатором. Система термокомпенсации газораспределительной трубки и газораспределителя второй ступени реализуется скольжением последнего по дистанцирующим вставкам. Газораспределитель второй ступени представляет собой трубку с широкой щелью, обращенной против конвективного потока воздуха (вниз). Он установлен на газораспределительной трубке с помощью дистанцирующих вставок, причем жестко закреплен на двух центральных. Подводящая трубка имеет одностороннюю перфорацию, ориентированную отверстиями спутно конвективному потоку воздуха (вверх).

Применение двухступенчатого газораспределителя решает задачу равномерного распределения потока газа через каталитическую трубку по всей ее поверхности, что позволяет повысить удельную мощность поверхности нагревательного элемента при снижении вредных выбросов.

Технический результат предлагаемого решения заключается в исключении дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи, замене уникального металлопористого катализатора на промышленный гранулированный катализатор, повышении удельной мощности поверхности нагревательного элемента, снижении выбросов токсичных газов.

На чертеже представлено устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов.

Устройство включает подводящую газораспределительную перфорированную трубку 1 с отверстиями 2, выполненными в одной плоскости и ориентированными (вверх) спутно конвективному потоку воздуха (стрелки внизу), газораспределитель второй ступени 3, дистанцирующие вставки 4, жестко закрепленные с газораспределительной трубкой и газораспределителем второй ступени, дистанцирующие вставки 5 (несвязанные), цилиндрическую решетку 6, скользящую по жестко связанным с газораспределительной трубкой опорам 9 и контактирующую с волокнистой, теплоизолирующей, термостойкой набивкой 10, зерна катализатора 7, внешнюю цилиндрическую оболочку из нержавеющей сетки 8, торцевые колпачки 11.

Газораспределитель второй ступени представляет собой трубку с широкой щелью, обращенной против конвективного потока воздуха, то есть вниз.

Система термокомпенсации внешней цилиндрической оболочки из нержавеющей сетки реализуется скольжением торцевых колпачков по газораспределительной трубке, а система термокомпенсации внутренней цилиндрической решетки реализуется скольжением цилиндрической решетки по опорам.

Система термокомпенсации газораспределительной трубки и газораспределителя второй ступени реализуется скольжением последнего по дистанцирующим вставкам.

Устройство работает следующим образом.

Газообразное топливо подают внутрь газораспределительной трубки, ориентированной отверстиями по направлению конвективного потока (вверх), топливо, равномерно распределясь по длине и внутреннему объему, организуемое распределителем второй ступени, проходит через засыпку катализатора. Каталитический элемент, предварительно нагретый пламенным горением (в момент пуска), омывается конвективным потоком воздуха. Кислород из воздуха, диффундируя в пространство между зернами катализатора, вступает в реакцию с топливом на поверхности катализатора. Происходит низкотемпературное (по сравнению с пламенным горением) каталитическое окисление.

Используемая газораспределительная трубка имеет общее сопротивление 9,4-10 Па, сопротивление на одном отверстии 6.6 Па. Гидравлическое сопротивление, создаваемое цилиндрической засыпкой катализатора, 1-3 Па. При работе каталитического устройства устанавливается стационарная температура поверхности катализатора 420-500°С. Запуск каталитического устройства выполняют путем пламенного нагрева трехкратным от номинального (рабочего) расходом газа. Длительность разогрева зависит от температуры окружающей среды. Для комнатной температуры 20°С время запуска составляет 1,5-2 мин. Характерным признаком нагрева до режима автокатализа является отрыв пламени от поверхности каталитического устройства. После этого необходимо установить номинальный расход газа. На стационарный режим каталитическое устройство выходит приблизительно через 15-20 мин, обеспечивая плотность теплового потока 25-30 кВт/м².

Применяемые для изготовления каталитического устройства гранулированные, нанесенные катализаторы на носителе из γ-Al₂O₃ имеют активный компонент либо Pt, либо Pt+Pd 0,1-1 мас.% и выпускаются промышленностью.

По сравнению с работой в промышленных аппаратах данный тип катализаторов в предлагаемом каталитическом устройстве работает в «мягких» условиях. Проведенные ресурсные испытания показали наработку без видимого изменения активности катализатора в течение 7000 ч.

Основные преимущества предлагаемого технического решения:

1) исключен трудоемкий и энергоемкий процесс спекания в вакуумной печи;

2) использован промышленный гранулированный катализатор вместо уникального металлопористого катализатора;

3) повышена удельная мощность поверхности нагревательного элемента;

4) реализуется возможность механизации производства устройств;

5) реализуется возможность повышения потребительских качеств путем усовершенствования и доводки отдельных деталей устройства в процессе серийного производства.

Рассматриваемое изделие реализовано на ряде бытовых приборов:

обогревателей типа рефлектор, конвектор, шашлычница.

Кроме того, конструкция устройства позволяет использовать ее, группируя в секции с общим подводом газа и создавая, таким образом, устройства различной мощности.

Изобретение позволяет повысить удельную мощность поверхности нагревательного элемента, удешевить производство устройства путем исключения дорогостоящего процесса приготовления металлопористой каталитически активной трубки в вакуумной печи, повысить качество сгорания топлива практически с отсутствием вредных примесей в продуктах сгорания, снизить трудоемкость.

1. Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов, содержащее подводящую газораспределительную перфорированную трубку, отличающееся тем, что оно содержит коаксиально расположенную относительно газораспределительной трубки каталитически активную трубку, образованную засыпкой гранул катализатора в полость между внешней цилиндрической оболочкой из нержавеющей сетки и внутренней цилиндрической решеткой, имеющих каждая собственную систему термокомпенсации, подводящая газораспределительная трубка снабжена газораспределителем второй ступени с термокомпенсатором, опоры, дистанцирующие вставки, торцевые колпачки, связанные с внешней сеткой и свободно скользящие по газораспределительной трубке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газораспределитель второй ступени представляет собой трубку с широкой щелью, обращенной против конвективного потока воздуха, то есть вниз.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система термокомпенсации внешней цилиндрической оболочки из нержавеющей сетки реализуется скольжением торцевых колпачков по газораспределительной трубке, а система термокомпенсации внутренней цилиндрической решетки реализуется скольжением цилиндрической решетки по опорам.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что система термокомпенсации газораспределительной трубки и газораспределителя второй ступени реализуется скольжением последнего по дистанцирующим вставкам.

Похожие патенты:

Радиационная горелка // 2367847

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к газовым радиационным каталитическим горелкам, в которых большая часть тепловой энергии, вырабатываемой горелкой, превращается в инфракрасное излучение и обеспечивает при своем использовании снижение содержания вредных выбросов в продуктах сгорания и надежность розжига горелки.

Термофотоэлектрокаталитическая когенерационная установка для утилизации свалочного биогаза // 2362637

Изобретение относится к комбинированной выработке тепла и электроэнергии. .

Биотермофотоэлектрокаталитическая когенерационная установка для экологически безопасной утилизации свалочного биогаза // 2362636

Изобретение относится к комбинированной выработке тепла и электроэнергии. .

Способ двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива и устройство для его осуществления // 2350839

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технике генерирования тепловой энергии на принципе двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива с получением синтез-газа и продуктов полного окисления углеводородного топлива и могут быть использованы в энергоустановках на топливных элементах, а также в отопительных водогрейных системах для генерации тепла.

Способ биотермофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, выделяемой при сгорании обогащенного биогазового топлива, и устройство для его осуществления // 2344344

Изобретение относится к выработке электроэнергии. .

Газовая беспламенная горелка // 2335699

Изобретение относится к технике сжигания газообразных топлив, а также испаряемых жидких топлив в беспламенных нагревательных элементах для получения газообразного высокотемпературного теплоносителя и может быть использовано в энергетике, химической, нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях в составе различных технологических установок и позволяет снизить содержание вредных примесей в продуктах сгорания.

Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов // 2334169

Изобретение относится к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах. .

Беспламенная газовая горелка для бытовых плит // 2331019

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к радиационным газогорелочным устройствам, и может быть использовано в газовых плитах бытового и коммунально-бытового назначения.

Каталитический тепловой имитатор // 2315941

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для имитации тепловых излучений военных объектов, а также для обогрева личного состава, использования в качестве инфракрасных маяков, прогрева техники и т.п.

Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов // 2315908

Элемент для каталитического сжигания газа, способ его работы и нагревательное устройство, питаемое энергией газа // 2406025

Газовая горелка для варочной панели // 2425288

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к газовой горелке

Каталитический обогреватель двухрежимный // 2480672

Изобретение относится к обогревающим устройствам с использованием катализа для беспламенного горения и может использоваться для индивидуального обогрева человека

Автономный каталитический обогреватель // 2540198

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидких топлив и может быть использовано в полевых условиях, а также для обогрева различных помещений, двигателей автомобилей, теплиц и т.п. с обеспечением требований пожаробезопасности. Автономный каталитический обогреватель содержит топливный бак, испарительную камеру, крышку, каталитическую вставку, опору, уплотнитель и фитиль. Топливный бак, испарительная камера и крышка выполнены штамповкой, при этом топливный бак и испарительная камера скреплены герметичным сварным соединением в единый корпус, каталитическая вставка выполнена в виде кольцевой обоймы, снабженной сетчатыми основаниями, подложкой и двухслойной каталитической матрицей из базальтоволокнистого материала, импрегнированного оксидами железа, хрома, кобальта в весовом соотношении 3:2:1, при этом нижнее сетчатое основание выполнено с условным проходом не менее 0,8. Уплотнитель выполнен в виде термостойкого шнура. Изобретение позволяет создать автономный каталитический обогреватель с высокими технико-экономическими показателями, надежный при эксплуатации в полевых условиях, служащий для обогрева различных помещений, двигателей автомобилей, теплиц и т.п. с обеспечением требований пожаробезопасности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство нагрева локальных участков трубопровода // 2564731

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для нагрева участка трубопровода и жидкости в нем в полевых условиях, а также применимо для нагрева других протяженных объектов, таких как рельсы или балки. Устройство состоит из одной или двух отдельных секций: радиационной секции, где тепло генерируется путем каталитического сжигания газообразного топлива, и конвекционной секции, где горячие отходящие газы обеспечивают дополнительное нагрев. Радиационная секция содержит один или несколько нагревательных элементов, газораспределительную систему, систему подачи воздуха и систему запуска. Конвекционная секция представляет двухтрубную конструкцию типа «труба в трубе». Устройство имеет малый вес, широкий диапазон регулирования и высокую эффективность использования энергии, что может быть использовано при получении тепла в широком диапазоне по мощности, в широких температурных диапазонах на разных видах топлива и при создании модульных конструкций на его основе. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Каталитическое нагревательное устройство с распределителем газового потока // 2596900

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии каталитического сжигания газообразного углеводородного топлива с целью генерации тепловой энергии. Каталитическое нагревательное устройство с распределителем газового потока содержит камеру, трубу, подводящую топливный газ в камеру, распределитель газового потока и каталитический активный слой. Распределитель первой ступени состоит из перфорированного листа и слоев нержавеющей сетки саржевого плетения, расположенных с каждой из сторон перфорированного листа. Распределитель второй ступени состоит из слоев нержавеющей сетки саржевого плетения. Разделительные камеры отделяют ступени распределителя газового потока и каталитический активный слой друг от друга. Технический результат - улучшение однородности потока топливного газа, подводимого к катализатору и, как следствие, улучшение однородности радиационного теплового потока, излучаемого разогретой поверхностью катализатора. 4 ил.