| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2232942
КАТАЛІТИЧНИЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР І СПОСІБ РЕГУЛЮВАННЯ ЙОГО ПОТУЖНОСТІ
Ім'я винахідника: Симонов А.Д. (RU); Мов Н.А. (RU); Ведякін П.І. (RU); Афлятунов А.С. (RU); Смолін С.В. (RU); Пармон В.Н. (RU)
Ім'я патентовласника: Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова СО РАН (RU)
Адреса для листування: 630090, Новосибірськ, пр. Акад. Лаврентьєва, 5, Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова, патентний відділ, Т.Д. Юдіної
Дата початку дії патенту: 2003.05.15
Винахід може бути використано в системах теплопостачання та при спалюванні палива для нагріву робочих тіл, де спалювання різних палив відбувається в псевдозрідженому шарі. Каталітичний теплогенератор з регулюванням теплової потужності за рахунок зміни поверхні теплообміну, що контактує з псевдозрідженим шаром каталізатора, складається з вертикального корпусу з патрубками подачі повітря і палива в нижній частині, патрубками відведення димових газів і завантаження каталізатора у верхній частині, всередині корпусу між патрубками подачі повітря і палива розміщена газорозподільна решітка, на якій розташований шар гранульованого каталізатора окислення, вище решітки послідовно розміщені неізотерміческімі насадка і теплообмінник, на корпусі під неізотермічної насадкою розташований патрубок для відвантаження каталізатора і патрубок для довантаження каталізатора, розташований вище неізотермічної насадки. На корпусі вище неізотермічної насадки може бути розташовані два або більше патрубка для відвантаження каталізатора. Над газорозподільної гратами перед неізотермічної насадкою розміщена об'ємна організуюча насадка з живим перетином 50-90% з величиною отворів 2-15 діаметрів частинок каталізатора і часткою вільного об'єму в пакеті насадок 85-95%. На виході димових газів розміщено пристрій проти виносу частинок каталізатора. Для зливу води з теплообмінника він містить сифон. Контактують з псевдозрідженим шаром теплообмінні поверхні розташовані вище неізотермічної решітки. Спосіб регулювання потужності каталітичного теплогенератора полягає в тому, що регулювання теплової потужності теплогенератора проводять за рахунок зміни кількості каталізатора, що у теплогенераторі. Винахід дозволяє розробити каталітичний теплогенератор, ефективно використовує тепло при спалюванні палива, що забезпечує екологічну чистоту газів, що відходять і дозволяє регулювати його теплову потужність.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до теплоенергетики і може бути використано в системах теплопостачання та при спалюванні палива для нагріву робочих тіл, де спалювання різних палив відбувається в псевдозрідженому шарі.
Відомий каталітичний генератор тепла, описаний в зб. наукових праць "Технологічні процеси на основі каталітичних генераторів тепла" СО АН СРСР, Інститут каталізу, Новосибірськ, 1985 г., рис.2, стор.22, Ведякін П.І. та ін. "Застосування каталітичних генераторів тепла для нагріву води і адсорбционно-контактної сушіння матеріалів". Відомий генератор тепла складається з корпусу з патрубками для підведення палива, повітря, холодної води і відведення гарячої води і димових газів, а в нижній частині корпусу на газорозподільній решітці розміщений шар каталізатора - проміжного твердого теплоносія, вище якого розташовані послідовно по висоті корпусу неізотерміческімі насадка і економайзер, на зовнішній поверхні корпусу є повітряний охолоджує сорочка, крім того, всередині корпусу в зоні згоряння палива розміщений нагрівач у вигляді 20 вертикальних трубок Фильда. У теплогенераторі відбувається безполуменеве спалювання палива на поверхні гранул каталізатора, що знаходяться в псевдозрідженому стані.
Конструкція теплогенератора не дозволяє домогтися екологічно чистого спалювання палива при роботі в розрахунковому режимі, тому що витрата палива, кількість ожіжающего повітря, витрата і температура води, що нагрівається жорстко взаємопов'язані для даного процесу.
В реальних умовах витрата води може відрізнятися від розрахункового, а температура води змінюється в широких межах. Регулювання теплової потужності генератора зміною витрати води неможливо, тому що в системах теплопостачання, як правило, проводиться кількісне регулювання відпустки теплоти, при якому витрата води підтримується постійним. Крім того, зменшення витрат теплоносія призводить до одночасного зростання температури води, що нагрівається, яка може перевищити температуру кипіння, і температури в зоні горіння, що при досягненні критичного для каталізатора значення 1000 º викличе його руйнування. При збільшенні витрати води відбувається падіння температури в зоні горіння до 700ºС і нижче, що позначається на стабільності процесу горіння і на повноті згоряння палива.
Регулювання температури зміною витрати повітря неприпустимо, тому що порушуються умови псевдорідинному і стехиометрическое співвідношення повітря і палива, що викликає утворення шкідливих викидів.
Трубки Фильда, занурені в киплячий шар і знімають основну частину тепла, можуть привести до зниження температури в зоні горіння і, як наслідок, до збільшення викидів СО і NO x.
Найбільш близьким до заявляється пристрою є каталітичний теплогенератор, описаний в патенті РФ №2124674, F 23 C 11/02, 10.01.99. Відомий каталітичний теплогенератор складається з вертикального корпусу з патрубками подачі повітря і палива в нижній частині, між якими всередині корпусу розміщена газорозподільна решітка з шаром гранульованого каталізатора окислення, в середній частині генератора розміщений теплообмінник з U-образних трубок, під якими розташована неізотерміческімі насадка, на зовнішньої поверхні корпусу є охолоджуюча сорочка, причому сорочка виконана водяний і складається з незалежних секцій, які працюють паралельно і підключених послідовно до теплообмінника.
Наявність водяній секційної сорочки на корпусі вище і нижче рівня неізотермічної насадки дозволяє регулювати кількість теплоти, що відводиться із зони горіння, за рахунок відключення або включення секцій водяної сорочки.
Недоліками відомого каталітичного теплогенератора є:
1. Наявність водяної сорочки на корпусі призводить до сильного охолодження шару каталізатора в зоні горіння палива і, як наслідок, збільшення викидів СО і NO x.
2. При відключенні окремої секції сорочки її температура швидко досягає температури шару каталізатора 700-800ºС. При необхідності знову підвищити потужність теплогенератора, подача води в цю секцію стає неможливою через випаровування води і підвищення тиску в секції аж до тисків, що викликають її руйнування.
3. Наявність на корпусі водяної сорочки в зоні горіння палива ускладнює або робить неможливим пуск теплогенератора в роботу, тому що під час пуску шар каталізатора в зоні горіння необхідно нагріти до температури каталітичного запалювання палива 200-400ºС (температура запалювання залежить від активності каталізатора). За рахунок сорочки відбуватиметься сильне охолодження шару каталізатора.
Завдання, яке вирішується винаходом, полягає в розробці каталітичного теплогенератора, ефективно використовує тепло при спалюванні палива і забезпечує екологічну чистоту газів, що відходять і дозволяє регулювати його теплову потужність.
Завдання вирішується конструкцією каталітичного теплогенератора з регулюванням теплової потужності за рахунок зміни поверхні теплообміну, що контактує з псевдозрідженим шаром каталізатора. Він складається з вертикального корпусу з патрубками подачі повітря і палива в нижній частині, патрубками відведення димових газів і завантаження каталізатора у верхній частині, всередині корпусу між патрубками подачі повітря і палива розміщена газорозподільна решітка, на якій розташований шар гранульованого каталізатора окислення, вище решітки послідовно розміщені неізотерміческімі насадка і теплообмінник, на корпусі під неізотермічної насадкою розташований патрубок для відвантаження каталізатора і патрубок для довантаження каталізатора, розташований вище неізотермічної насадки.
На корпусі вище неізотермічної насадки можуть бути розташовані два або більше патрубків для відвантаження каталізатора.
Над газорозподільної гратами перед неізотермічної насадкою розміщена об'ємна організуюча насадка з живим перетином 50-90% з величиною отворів 2-15 діаметрів частинок каталізатора і часткою вільного об'єму в пакеті насадок 85-95%.
На виході димових газів розміщено пристрій проти виносу частинок каталізатора.
Для зливу води з теплообмінника теплогенератор містить сифон.
Контактують з псевдозрідженим шаром теплообмінні поверхні розташовано вище неізотермічної решітки.
Наявність патрубків для вивантаження і завантаження каталізатора дозволяє змінювати рівень каталізатора в теплогенераторі під час його роботи, що дає можливість змінювати величину поверхні теплообмінника, яка має контакт з каталізатором, і, отже, змінювати теплову потужність теплогенератора без зміни витрати повітря, води на теплообмінник і при збереженні оптимальної температури в зоні горіння палива 700-800ºС.
Завдання вирішується і способом регулювання потужності описаного вище каталітичного теплогенератора, яке проводять за рахунок зміни кількості каталізатора в теплогенераторі.
На кресленні зображена схема каталітичного теплогенератора.
 |
Теплогенератор складається з вертикального корпусу (1), в якому розміщені секції підведення повітря (а), горіння (б), теплос'ема (в) і сепарації зона (г). Секція підведення повітря (а) складається з камери з патрубком (6) для введення повітря і призначена для рівномірного розподілу повітря по перетину газорозподільної решітки (4), а при бічному введенні повітря додатково для зміни напрямку потоку повітря на 90º. Секція горіння (б) відокремлена від секції підведення повітря газорозподільної гратами (4) і має патрубки для подачі газоподібного (24) або рідкого (8) або твердого палива (7), патрубок з вентилем або заслінкою для вивантаження каталізатора (14). Додатково в секції горіння над газорозподільної гратами розміщена об'ємна організуюча насадка (9) перед неізотермічної насадкою (10), наприклад, з дротяних решіток, з живим перетином 50-90% з величиною отворів 2-15 діаметрів частинок каталізатора і часткою вільного об'єму в пакеті решіток 85-95%. Секція теплос'ема (в) складається з теплообмінника (3) і об'ємної неізотермічної насадки (10), розміщеної під теплообмінником над організуючою насадкою. Конструктивні параметри насадки (10) перевищують параметри організуючою насадки в 1,5-2 рази. Насадка (10) і може бути виготовлена з дротяних решіток. У секції теплос'ема розташовані патрубок входу холодної води (11), патрубок для виходу нагрітої води (12), сифон (18) з вентилем для зливу води з теплообмінника під час зупинки теплогенератора при температурах зовнішнього повітря нижче 0 ° С. Можлива і установка додатково одного або декількох патрубків (15), (16), (17) з вентилями або заслінками для вивантаження каталізатора. |
Сепараційний зона (г) розташована у верхній частині теплогенератора і має патрубок (5) для виходу димових газів, патрубок з вентилем або заслінкою (13) для перевантаження каталізатора, патрубок (2) для засипки каталізатора, запобіжну мембрану (21).
Каталітичний теплогенератор працює наступним чином. У теплогенератор через патрубок (2) завантажують каталізатор, кількість якого відповідає максимальній потужності теплогенератора. Повітря по патрубку (6) подається в секцію підведення повітря (а), проходить газорозподільну решітку (4) в секцію горіння (б), куди по патрубкам (24) або (8) або (7) подається паливо (газове або рідке або тверде ).
Частинки каталізатора (22) наводяться в псевдозріджений стан під дією висхідного потоку повітря і димових газів. У секції горіння відбувається виділення тепла за рахунок згорання палива на каталізаторі. Утворилися за рахунок злиття дрібних бульбашок великі газові бульбашки, що містять повітря і паливо, розбиваються знову на дрібні на організуючою насадки (9), що інтенсифікує горіння палива і повноту його згорання.
Гарячі димові гази і каталізатор проходять через неізотерміческімі насадку (10) в секцію теплос'ема, де віддають тепло теплообміннику і охолоджуються. Холодний каталізатор повертається в зону горіння. Основна кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива в секції горіння, передається в секцію теплос'ема частинками каталізатора. Неізотерміческімі насадка гальмує швидкість підйому частинок каталізатора в секцію теплос'ема, що дозволяє підтримувати в секції горіння оптимальну температуру для спалювання палива 700-800ºС, а в секції теплос'ема температуру 300-600ºС, оптимальну для забезпечення максимальних коефіцієнтів тепловіддачі від псевдозрідженим шаром до теплообмінних поверхонь. Далі димові гази проходять через сепараційні зону і пристрій проти віднесення каталізатора (23), що представляє собою сітку з осередком менше розміру часток каталізатора. Відведення теплоти відбувається через поверхню теплообмінника (3), зануреного в псевдозріджений шар. Відведення теплоти від димових газів відбувається через поверхню, що знаходиться в надшарового просторі сепарационной зони або на додатковому теплообміннику, встановленому поза теплогенератора. Вода в теплообмінник надходить по патрубку (11) з температурою 40-60ºС і виходить з теплообмінника (3) з температурою 80-100ºС.
Автоматичне регулювання температури в зоні горіння палива (б) і температури гарячої води на виході (12) з теплогенератора здійснюють шляхом відключення і включення подачі палива. При досягненні граничної температури гарячої води, наприклад, 95 С. і температури в зоні горіння палива, наприклад, 800ºС відбувається відключення подачі палива. При зниженні температури в зоні горіння нижче 800ºС і температури води нижче 90ºС відбувається включення подачі палива. Зниження температури шару відбувається досить швидко. Зниження температури гарячої води (12) відбувається більш повільно і тому регулювання режимів роботи теплогенератора зазвичай здійснюють в залежності від температури гарячої води, тобто подачу палива включають тільки після зниження температури води до 90ºС. При цьому температура шару в секції горіння може знижуватися і нижче 700ºС.
При максимальній потужності споживання тепла в системі опалення, що відповідає максимальній потужності теплогенератора, зазвичай температура в секції горіння зберігається в межах 700-800ºС при зміні температури гарячої води в межах 5-10ºС. Однак зі зменшенням теплос'ема в системі опалення, наприклад, за рахунок підвищення температури зовнішнього повітря, відбувається підвищення температури зворотної (холодної) води (11) вище регламентованої 40-60ºС. Це призводить до збільшення інтервалу часу між відключенням і включенням подачі палива в секцію горіння і, як наслідок, зниження температури в секції горіння істотно нижче 700ºС. У свою чергу, зниження температури в секції горіння нижче 700ºС призводить до зменшення повноти згоряння палива і збільшення викидів СО і NO x з димовими газами.
В заявляється каталітичному теплогенераторі при підвищенні температури зворотної води (11) вищими за граничну відкривається вентиль або клапан на патрубку (14) і вивантажується частина каталізатора з теплогенератора, наприклад, в бункер (19). Це призводить до зменшення поверхні теплообмінника (3), зануреного в псевдозріджений шар, і зниження потужності теплогенератора. Як наслідок, при цьому інтервал часу між включенням і відключенням подачі палива в секцію горіння зменшується і температура в секції горіння зберігається в межах 700-800ºС. При наявності автоматичного рівнеміра на бункері (19) кількість товару, що відвантажується каталізатора строго відповідає значенню температури зворотної води (11). При відсутності рівнеміра відвантаження каталізатора з теплогенератора проводиться поступово самопливом через патрубки (15) або (16) або (17) і т.д. шляхом відкриття вентилів або засувок відповідно до значення температури зворотної води (11). В цьому випадку калібрування потужності теплогенератора, що відповідає температурі зворотної води (11), проводиться попередньо при пуско-налагодження.
Зворотне підвищення потужності теплогенератора зі збільшенням теплос'ема в системі опалення і зниженням температури зворотної води (11) на вході в теплообмінник (3) проводиться в такому порядку: подається повітря на ежектор (20) і відкривається вентиль на патрубку (13). При наявності автоматичного рівнеміра на бункері (19) в теплогенератор завантажується необхідну кількість каталізатора, який відповідає температурі зворотної води (11). При відсутності рівнеміра завантаження проводиться до рівня закритого патрубка (17), (16), (15).
Завдання вирішується і способом регулювання потужності каталітичного теплогенератора, що характеризується тим, що регулювання теплової потужності теплогенератора описаної вище конструкції проводять за рахунок зміни кількості каталізатора, що у теплогенераторі.
У таблиці наведено зміна теплової потужності промислового теплогенератора, що працює на рідкому паливі, в залежності від кількості відвантаженого каталізатора. Загальна кількість завантаженого каталізатора 150 кг.
Таким чином, заявляється теплогенератор забезпечує стабільну температуру в зоні горіння палива при зміні його потужності і забезпечує екологічно чисте спалювання різних палив при максимальному ККД 0,93-0,96.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Каталітичний теплогенератор з регулюванням теплової потужності за рахунок зміни поверхні теплообміну, що контактує з псевдозрідженим шаром каталізатора, що складається з вертикального корпусу з патрубками подачі повітря і палива в нижній частині, патрубками відведення димових газів і завантаження каталізатора у верхній частині, всередині корпусу між патрубками подачі повітря і палива розміщена газорозподільна решітка, на якій розташований шар гранульованого каталізатора окислення, вище решітки послідовно розміщені неізотерміческімі насадка і теплообмінник, який відрізняється тим, що на корпусі під неізотермічної насадкою розташований патрубок для відвантаження каталізатора і патрубок для довантаження каталізатора, розташований вище неізотермічної насадки.
2. Каталітичний теплогенератор по п. 1, який відрізняється тим, що на корпусі вище неізотермічної насадки розташовані два або більше патрубка для відвантаження каталізатора.
3. Каталітичний теплогенератор за допомогою одного з пп.1 і 2, що відрізняється тим, що над газорозподільної гратами перед неізотермічної насадкою розміщена об'ємна організуюча насадка з живим перетином 50-90% з величиною отворів 2-15 діаметрів частинок каталізатора і часткою вільного об'єму в пакеті насадок 85-95%.
4. Каталітичний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-3, який відрізняється тим, що на виході димових газів розміщено пристрій проти виносу частинок каталізатора.
5. Каталітичний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-4, який відрізняється тим, що для зливу води з теплообмінника він містить сифон.
6. Каталітичний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-5, який відрізняється тим, що контактують з псевдозрідженим шаром теплообмінні поверхні розташовані вище неізотермічної решітки.
7. Спосіб регулювання потужності каталітичного теплогенератора, що відрізняється тим, що регулювання теплової потужності теплогенератора за допомогою одного з пп. 1-6 проводять за рахунок зміни кількості каталізатора, що у теплогенераторі.
Версія для друку
Дата публікації 31.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.