Способ сжигания топлива

Авторы патента:

Яковлев Вадим Анатольевич (RU)

Языков Николай Алексеевич (RU)

Федоров Игорь Анатольевич (RU)

Дубинин Юрий Владимирович (RU)

Симонов Александр Дмитриевич (RU)

F23C10/01 - Устройства для сжигания в псевдоожиженном слое

Владельцы патента RU 2647744:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) (RU)

Изобретение относится к способам сжигания газообразных жидких и твердых топлив для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое заключается в подаче воздуха через газораспределительную решетку, поддержании температуры 700-750°С в слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, включающей частицы инертного теплоносителя, количество которого составляет 75-80% общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора, псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме при частоте импульсов потока воздуха более 25 Гц. Технический результат - снижение выброса из слоя мелких частиц катализатора и соответственно снижение расхода катализатора с сохранением эффективности каталитического сжигания. 1 з.п. ф-лы.

Известен способ сжигания топлив для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха через газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой твердого дисперсного теплоносителя с одновременным введением в последний топлива в соотношении α=1,0-1,1 и регулированием температуры слоя путем отвода из него тепла с помощью рабочей среды [Махорин К.Е., Тищенко А.Т. Высокотемпературные установки с кипящим слоем. - Киев: Техника, 1966. С. 36]. Недостатками известного способа является необходимость проведения процесса при высоких температурах (выше 800°С), определяемых скоростью горения топливно-воздушных смесей на поверхности частиц инертного теплоносителя. Для ввода аппарата в работу необходимо нагреть теплоноситель до 600-800°С с помощью дополнительного источника тепла, а для устойчивой работы аппарата температура должна поддерживаться на уровне 800-1000°С. Высокие температуры сжигания приводят к образованию термических оксидов азота по реакции: N₂ + О₂ ->> NO_x. Связанные в топливе соединения азота в этом случае также окисляются до оксидов азота. Наблюдается также высокий выброс оксида углерода и органических соединений типа бензпиренов, особенно при сжигании твердых топлив.

Известен также способ сжигания топлив для нагрева рабочей среды путем подачи воздуха α = 1,0-1,1 через газораспределительную решетку в псевдоожиженный слой дисперсного катализатора полного окисления органических веществ с одновременным введением в последний топлива. Температура в слое поддерживается постоянной в интервале 300-800°С за счет изменения расхода рабочей среды [SU 826798, F23C 11/02, 30.05.1983]. Недостатком известного способа является использование катализатора как теплоносителя. Это приводит к его высоким загрузкам в реактор (высота слоя до 1.5 м) и, как следствие, большим расходам катализатора за счет его механического износа (0,3-0,5 об. % в сутки). При сжигании испаряющихся жидких топлив и отходов с высоким содержанием воды наблюдаются значительные температурные перепады на гранулах катализатора, достигающие 400-500°С, что приводит к дополнительному износу катализатора за счет раскола гранул. При высоком износе токсичные компоненты (хром, медь и др.), содержащиеся в катализаторе, могут вызывать вторичное загрязнение окружающей среды. Для ликвидации загрязнения требуется сложная система пылеочистки отходящих из реактора дымовых газов.

Наиболее близким способом сжигания топлив является известный способ, приведенный в патенте RU 2057988, F23C 11/2, 10.04.1996. Сжигание топлив проводят в псевдоожиженном слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, а количество инертного теплоносителя составляет 75-80% от общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора. Это позволяет значительно снизить расход катализатора при сохранении преимуществ каталитического сжигания.

Недостатком известного способа является вынос частиц катализатора при истирании исходных частиц до размера менее чем 0.5 диаметра за счет возникновения крупных пузырей в псевдоожиженном слое.

Изобретение решает задачу повышения эффективности процесса сжигания топлива в псевдоожиженном слое.

Технический результат - снижение выброса из слоя мелких частиц катализатора и соответственно снижение расхода катализатора с сохранением эффективности каталитического сжигания.

Это достигается за счет применения импульсного режима псевдоожижения, при котором образуются более мелкие газовые пузыри, которые способствуют интенсивному перемешиванию частиц слоя с разным размером и уменьшению выброса мелких частиц.

Предложен способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое, который заключается в подаче воздуха через газораспределительную решетку, поддержании температуры 700-750°С в слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, включающей частицы инертного теплоносителя, количество которого составляет 75-80% общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора, псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме.

Псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме при частоте импульсов потока воздуха более 25 Гц.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-3 иллюстрируют прототип.

Пример 1

В реактор диаметром 80 мм загружают 0,5 л катализатора (25 об. %) с диаметром гранул 2-3 мм и 1,5 л гранул кварца с диаметром 1,6-1,9 мм. Под газораспределительную решетку подают воздух для псевдоожижения слоя катализатора и окисления топлива. Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300-400°С. Затем шнековым дозатором в слой подают порошкообразный бурый уголь Канско-Ачинского месторождения в количестве 3,3-3,5 кг/ч. Температура в слое регулируется количеством воды, подаваемой на охлаждение в теплообменник, погруженный в слой катализатора, и поддерживается на уровне 700-750°С. Степень окисления угля 98.6%.

Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,11 об. %. Степень истирания катализатора 0,04 об.% в сутки с учетом выброса мелких частиц катализатора.

Пример 2

Аналогичен примеру 1. В реактор загружают 0,4 л катализатора (20% от общего объема смеси) и 1,6 л гранул кварца с диаметром 1,6-1,9 мм. Степень окисления угля 98,6%.

Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,12 об. % Степень истирания катализатора 0,03 об. % в сутки с учетом выброса мелких частиц катализатора.

Пример 3

Аналогичен примеру 1. В слой катализатора вместо угля подают модельную сточную воду, содержащую 20% дизельного топлива и 80% воды. Количество подаваемой сточной воды 2,5-3,0 л/ч. Степень окисления органических веществ 99,8%.

Количество оксида углерода в отходящих газах 0,16 об. %. Степень истирания катализатора 0,04 об. % в сутки.

Примеры 4-10 иллюстрируют предлагаемый способ.

Пример 4

Воздух на псевдоожижение частиц подают импульсами с частотой 25 Гц. Степень окисления угля 99,1%. Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,09 об. %. Степень истирания катализатора 0,026 об. % в сутки с учетом выброса мелких частиц катализатора.

Пример 5

Аналогичен примеру 4. Воздух на псевдоожижение частиц подают импульсами с частотой 50 Гц. Степень окисления угля 99,0%. Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,10 об. %. Степень истирания катализатора 0,027 об. % в сутки с учетом выброса мелких частиц катализатора.

Пример 6

Аналогичен примеру 4. Воздух на псевдоожижение частиц подают импульсами с частотой 100 Гц. Степень окисления угля 99,0%. Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,10 об. %. Степень истирания катализатора 0,028 об. % в сутки с учетом выброса мелких частиц катализатора.

Пример 7

Аналогичен примеру 4. В слой вместо угля подают дизельное топливо через форсунку в количестве 0,9 кг/ч. Степень окисления дизельного топлива 99,9%. Количество оксида углерода в дымовых газах 0,09 об. %. Степень истирания катализатора 0,025 об. % в сутки.

Пример 8

Аналогичен примеру 4. В слой вместо угля подают газообразный пропан в количестве 0,3 м³/ч. Степень окисления пропана 99,9%. Количество оксида углерода в дымовых газах 0,09 об. %. Степень истирания катализатора 0,025 об. % в сутки.

Пример 9

Аналогичен примеру 4. В слой вместо угля подают модельную сточную воду, содержащую 20% дизельного топлива и 80% воды. Количество оксида углерода в отходящей из реактора парогазовой смеси составляет 0,15 об. % Степень окисления органических веществ 99,8%. Степень истирания катализатора 0,038 об. % в сутки.

Пример 10

Аналогичен примеру 4. В слой вместо угля подают осадки сточных вод коммунального хозяйства в количестве 3,5-4,0 кг/ч. Количество оксида углерода в отходящей из реактора парогазовой смеси составляет 0,11 об. % Степень окисления органических веществ 99,8%. Степень истирания катализатора 0,027 об. % в сутки.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ при снижении количества катализатора, загружаемого в реактор, в 4 раза при проведении процесса окисления топлив в импульсном режиме позволяет сохранить степень окисления топлив при дополнительном снижении степени истирания катализатора полного сгорания топлив по сравнению с прототипом.

1. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое, заключающийся в подаче воздуха через газораспределительную решетку, поддержании температуры 700-750°С в слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, включающей частицы инертного теплоносителя, количество которого составляет 75-80% общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора, отличающийся тем, что псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что псевдоожижение слоя проводят в импульсном режиме при частоте импульсов потока воздуха более 25 Гц.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в котлах с псевдоожиженным слоем. Предложен теплообменник (10) с псевдоожиженным слоем котла (12) с псевдоожиженным слоем, причем теплообменник содержит переднюю стенку (16), смежную с котлом с псевдоожиженным слоем, заднюю стенку (18), противоположную передней стенке, и две боковые стенки (60, 60′), при этом стенки сформированы как водотрубные панели, входное отверстие (24), расположенное в первой секции верхней части теплообменника для подачи горячих частиц из котла с псевдоожиженным слоем в теплообменник, теплопередающие поверхности (34) для извлечения тепла из частиц и выходное отверстие (36), расположенное во второй секции верхней части теплообменника, для возвращения охлажденных частиц в качестве перелива из теплообменника назад в котел с псевдоожиженным слоем, в котором теплообменник содержит разделительную перегородку (26) между первой (38) и второй (40) секциями верхней части теплообменника, при этом разделительная перегородка проходит от передней стенки до срединного сечения теплообменника, и разделительная перегородка сформирована посредством изгибания кипятильных труб, по меньшей мере, от одной боковой стенки (60, 60′) теплообменника.

Способ каталитической переработки осадков сточных вод // 2568978

Изобретение относится к способам переработки осадков сточных вод, содержащих органические вещества, перед их утилизацией или захоронением и может быть использовано в химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также в коммунальном и сельском хозяйствах.

Устройство разделения частич для химического контура сжигания // 2568017

Объектом изобретения является устройство сжигания в химическом контуре, использующем твердое топливо. Устройство содержит, по меньшей мере, одну зону сжигания и сепаратор частиц, находящихся в газовой смеси, поступающей из упомянутой зоны сжигания, в котором сепаратор содержит, по меньшей мере, одну камеру с каналом впуска упомянутой смеси, каналом удаления, находящимся в нижней части камеры, и выпускным каналом, находящимся в верхней части устройства, при этом параметры впуска и удаления/выпуска определяют таким образом, чтобы создавать в камере плотную фазу в нижней части и разбавленную фазу в верхней части, и в котором упомянутый впускной канал сообщается с разбавленной фазой.

Механизированная слоевая топка // 2552009

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива и может использоваться в твердотопливных котлах, печах и газогенераторах. Механизированная слоевая топка включает расширяющуюся камеру сгорания вихревого типа с забрасывателем топлива, ярусами тангенциальных сопл вторичного дутья и газоотводящим окном, имеющим сопла дожигающего дутья.

Установка и способ утилизации биомассы // 2549947

Изобретение относится к устройству и способу для переработки отходов, преимущественно биомассы, путем газификации с получением жидких и газообразных горючих продуктов, используемых в качестве топлива или промежуточных полупродуктов для химического синтеза или жидких моторных топлив.

Способ сжигания кавитационного водоугольного топлива втопке кипящего слоя инертного материала, снижающий образование вредных выбросов оксидов азота и серы // 2546351

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания кавитационного водоугольного топлива в топке кипящего слоя инертного материала для снижения образования вредных выбросов оксидов азота и оксидов серы до минимального значения.

Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющий два наружных теплообменника для потока горячей твердой фазы // 2543108

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел содержит топку, сепаратор твердой фазы, газовый затвор, две камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, при этом первая камера теплообмена с псевдоожиженным слоем расположена над второй камерой теплообмена, причем охлажденная твердая фаза выгружается из первой камеры в нижнюю часть топки, а вторая камера теплообмена расположена между нижними концами возвратных каналов первой камеры теплообмена.

Циркулирующий псевдоожиженный слой с соплами для подачи вторичного воздуха в топочную камеру // 2537482

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел включает в себя реакционную камеру, где кипящий псевдоожиженный слой содержится в кожухе в нижней части реакционной камеры и содержит теплообменник в слое, который занимает часть пода реакционной камеры.

Каталитический реактор для переработки осадков сточных вод и способ их переработки (варианты) // 2536510

Изобретение относится к способам переработки сточных осадков, содержащих органические вещества, перед их утилизацией или захоронением. Каталитический реактор содержит корпус с расширением в верхней части, патрубок подачи осадка сточных вод, расположенный на уровне соединения нижней и верхней частей корпуса, патрубок выгрузки инертного материала и патрубки подачи воздуха и топлива, расположенные в нижней части корпуса, патрубок отвода дымовых газов и патрубок загрузки инертного материала, расположенные в верхней части корпуса, газораспределительную решетку, размещенную между патрубками подачи воздуха и топлива, на которой расположены частицы дисперсного инертного материала, последовательно размещенные выше решетки организующую насадку и теплообменные поверхности, при этом организующая насадка изготовлена из материалов, содержащих катализатор окисления.

Способ обезвреживания органических отходов и нефти // 2527238

Изобретение относится к способам обезвреживания беспламенным сжиганием жидких органических отходов и нефти, содержащей серу, в кипящем слое катализатора и может быть использовано в химической, нефтехимической, лесохимической, атомной промышленности и теплоэнергетике.

Способ сжигания топлива // 2649729

Изобретение относится к области энергетики, способам сжигания топлива в псевдоожиженном слое твердого теплоносителя для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживания газообразных, жидких и твердых отходов. Способ сжигания топлива в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в который непрерывно вводят снизу и выводят сверху катализатор, в качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся при сгорании ископаемых твердых топлив, а над газораспределительной решеткой размещена объемная организующая насадка. В качестве катализатора используют частицы золы-уноса, образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала при сжигании в слое ископаемых твердых топлив. Образующиеся непосредственно в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала и улавливаемые при очистке отходящих газов частицы золы-уноса возвращаются в псевдоожиженный слой в качестве катализатора. Технический результат – высокая эффективность сжигания топлива. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.