РЕАКТОР ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКИСЕЙ АЗОТА И ОКИСЕЙ СЕРЫ В ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F23C3/00 

Изобретение относится к реактору для уменьшения содержания окисей азота и окисей серы в отработанных газах.

Известно устройство для сгорания смеси газообразного или в виде мелких частиц горючего материала и воздуха для сгорания [1]. Это устройство используется для сжигания различных газообразных и в виде мелких частиц материалов, содержащих углерод или соединения углерода, таким максимально полным образом, чтобы выходящие из него отработанные газы были практически свободны от сажи, моноокиси углерода и углеводородных остатков.

Известен способ дожигания топочных газов за счет пропускания загрязненных газов через горелку в камере дожигания, в которой отработанные газы подвергаются полному сгоранию в результате принудительного их смешивания с газообразным продуктом сгорания [2].

В соответствии с этим способом горючие газы используются для осуществления процесса дожигания газообразного топлива.

Известна камера предварительного сгорания для работающей на нефти или газе и снабженной вентилятором горелки [3]. Эта камера предварительного сгорания служит для придания какой-то конкретной формы образуемому пламени и для задерживания пламени перед моментом его вхождения в камеру сгорания. Следовательно, подобное устройство выполняет функцию какого-то промежуточного устройства между горелкой и камерой сгорания, но не выполняет функцию реактора для уменьшения содержания окисей азота и окисей серы в газообразных продуктах сгорания.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является реактор для уменьшения содержания окисей азота и окисей серы в газообразных продуктах сгорания, содержащий камеру дожигания, подключенную через входной патрубок к камере сгорания, причем корпус камеры дожигания снабжен вертикальной цилиндрической оболочкой и выпускным концом, а также устройство для подачи вторичного воздуха и средства формирования потока продуктов сгорания, размещенные напротив входного отверстия камеры дожигания [4].

На фиг.1 изображен реактор, вертикальный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант реактора; на фиг.4 - камера сжигания для второго варианта реактора.

Устройство содержит реактор для уменьшения содержания окисей азота и окисей серы в газообразных продуктах сгорания. Этот реактор имеет корпус 1 или стенку с вертикальной и цилиндрической оболочкой 2 и куполообразный выпускной конец 3, связанный с оболочкой и имеющий центральное выпускное отверстие 4. Противоположный конец оболочки 2 образует впускной конец 5.

Внутри корпуса образована конусообразная перегородка 6, верхняя точка которой направлена в сторону выпускного конца 3 и которая устанавливается на опорных элементах 7 таким образом, чтобы между перегородкой 6 и корпусом 1 образовался кольцевой зазор 8.

Вместо кольцевого зазора можно образовывать соединение между верхней и нижней частями корпуса, причем это соединение будет иметь форму по меньшей мере двух кромочных выемок, простирающихся по периферии указанной перегородки 6. В нижней части реактора образована впускная воронка 9, которая направляет отработанные газы из камеры сгорания (на чертеже не показана) в реактор таким образом, чтобы отработанные газы вводились при достаточно высокой скорости и направлялись в сторону конусообразной внутренней стороны перегородки 6. Вокруг корпуса образован еще один корпус 10 или стенка, которая имеет по существу ту же форму, что и корпус 1, но несколько большие размеры, чтобы определить контур зазора 11 между корпусами 1 и 10. Корпус 1 эксцентрично располагается в корпусе 10, который может состоять из теплоизолирующего материала, однако его может просто окружать такой теплоизолирующий материал.

В показанном на фиг.1 варианте изобретения внешний теплоизоляционный слой 12 используется для корпуса 10. Зазор 11 между двумя корпусами 1 и 10 соединяется в нижней своей части с кольцеобразным сборным бункером 13, который в свою очередь соединен с выпускной трубкой 14, например с газоходом.

В зазоре 11 между двумя корпусами 1 и 10 можно установить теплообменник для предварительного нагревания вторичного воздуха. Вторичный воздух (фиг. 1) подается через кольцевое пространство 15, образованное между корпусом 10 и внешним теплоизоляционным слоем 12. Предварительно нагретый вторичный воздух подается через устройство 16 впуска для вторичного воздуха непосредственно в пространство между корпусами 1 и 10 на каком-то расстоянии от выпускного отверстия 4.

Между нижней кромкой впускного конца 5 внутреннего корпуса 1 и впускной воронкой 9 образуется кольцеобразный зазор 17 для выделения частиц золы, которые уже были выделены в камере последующего сгорания или которые были образованы в процессе сгорания в упомянутой камере.

В случае практического использования (фиг.1 и 2) рекомендуется сделать так, чтобы отработанные газы из камеры сгорания поступали во впускную воронку 9 с максимальной скоростью в 2 м/с. Благодаря конусообразной форме этой впускной воронки 9 повышается скорость потока газа, а сами газы направляются к внутренней стороне конусообразной перегородки 6. Благодаря интенсивной турбулентности в пространстве под конусообразной перегородкой 6 остаточная моноокись углерода будет окисляться в двуокись углерода, причем сам процесс окисления будет происходить в пространстве над перегородкой 6. Из выпускного отверстия 4 газообразное топливо входит в зазор 11 между корпусами 1 и 10, где и происходит последующее сгорание (дожигание) и обработке окисей серы и окисей азота, причем это происходит под воздействием предварительно нагретого вторичного воздуха, который подается через устройство 16 впуска для вторичного воздуха и который рекомендуется предварительно нагревать до температуры примерно 700^оС.

Благодаря эксцентричному расположению всего устройства 16 легко достигается интенсивное перемешивание, а также чередование сжатия и расширения газообразного топлива, которое в данном случае движется спиралью по направлению вниз к сборному бункеру 13 и только после в этого топливо проходит к выпускной трубке 14 или газоходу, причем температура этого топлива будет равна примерно 900^оС.

Горячие контактирующие поверхности представлены материалом перегородки 6. Позади этой вогнутой перегородки образуется более медленная турбулентность, которая находится в восстановительной атмосфере, чтобы можно было добиться необходимого образования моноокиси углерода для конкретного процесса, например для уменьшения содержания серы в газообразных продуктах сгорания. В процессе стехиометрического горения происходит отложение больше чем 90% общего количества серы в виде капель серы, которые в процессе охлаждения уже были сублимированы. Поскольку камера последующего сгорания установлена вертикально, то сублимированная сера вместе с дугими частицами будет автоматически проходить в слой золы через зазоры между впускной воронкой 9 и впускным концом 5.

Если камера последующего сгорания используется в крупномасштабных установках, тогда используется следующая формула:
2CO+SO₂ S+2CO₂
Для установок сверх стехиометрического горения используются следующие формулы:
CO+O₂ CO+CO₂
SO₂+CO+H₂O H₂S+CO и
SO₂+H₂S S+H₂O
Если входящие в камеру 18 дожигания газы имеют температуру 900^оС и скорость их потока преимущественно 2 м/с, тогда появляется возможность добиться свободных от сажи и частиц отработанных газов, но при условии, что на конусообразной перегородке 6 и на других контактных поверхностях существует каталитическая поверхность, оказывающая воздействие на газообразные продукты горения.

После или за установкой 19 сжигания располагается камера 20 сгорания, в которой можно сжигать, например, ядовитые отходы или твердое топливо. Из камеры 20 сгорания поток газообразных продуктов сгорания проходит через зазор 21 и поднимается до впускной воронки 9 и попадает в камеру 18 дожигания. Между устройством 19 и теплоизолированной стенкой печи 22 образуется зазор 21. На нижнем конце пространства, контуры которого очерчиваются стенкой печи 22, установлено выпускное отверстие 23 для золы.

В варианте (фиг.3) перегородка 6 простирается на всю длину внутренней стороны цилиндрической поверхности оболочки 2, на перегородке образованы кромочные выемки, которые простираются наклонно через перегородку около поверхности оболочки 2, чтобы образованный между пространством под перегородкой и пространством над перегородкой проход придавал потоку газообразных продуктов сгорания спиральное движение, когда этот поток входит в верхнюю камеру над перегородкой.

Устройство 24 впуска вторичного воздуха состоит из зазора между конусообразными стенками 25, 26. Вторичный воздух подается именно в этот зазор, причем поток этого воздуха может предварительно нагреваться. Воздух либо продувается через этот зазор, либо всасывается через него в результате эффекта эжектора, который создается отработанными газами, входящими в реактор через впускную воронку 9.

В варианте изобретения (фиг.4) предусматривается образование по меньшей мере двух сквозных каналов 27, которые образуются кромочными выемками, расположенными на периферии перегородки 6 и простирающимися наклонно через перегородку, чтобы придать газообразным продуктам сгорания турбулентный эффект, когда эти продукты сгорания проходят между впускной и выпускной камерами.

Предлагаемый по изобретению реактор можно также использовать в различных установках сжигания, работающих с псевдоожиженным слоем топлива.

Неполное сгорание
+n
Преобразование
+ +
Образование метана
+ +
Полное сгорание
+ +

+
+

2CO+SO₂ S+2CO₂
Альтернативная реакция с избыточным количеством О₂ и Н₂О:
C+O₂ CO+CO₂; SO₂+CO+H₂O H₂S+CO₂ и
SO₂+H₂S S+H₂O

Использование: для уменьшения содержания окиси азота и серы. Сущность изобретения: реактор выполнен в форме камеры дожигания, которая должна устанавливаться и соединяться за камерой сгорания. Этот реактор имеет корпус, содержащий цилиндрическую часть, переходящую в своей верхней части в куполообразную выпускную часть, снабженную выпускным отверстием. Вокруг корпуса реактора образована теплоизолированная стенка, чья внутренняя сторона имеет по существу ту же форму, что и корпус, и которая по отношению к корпусу располагается эксцентрично. Корпус реактора содержит перегородку, выполненную конусообразной формы и вершина которой направлена в сторону выпускного отверстия. Между оболочкой и перегородкой образован зазор. На выпускном конце оболочки образована впускная воронка, которая располагается на конкретном расстоянии от впускного конца с целью образования зазора. Теплообменник предназначен для предварительного нагревания вторичного воздуха, подаваемого через устройство впуска вторичного воздуха в зазор между корпусом и оболочкой на конкретном расстоянии от отверстия. В нижней своей части зазор соединяется со сборным бункером и выпускной трубкой. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. РЕАКТОР ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКИСЕЙ АЗОТА И ОКИСЕЙ СЕРЫ В ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ, содержащий камеру дожигания, подключенную через входной патрубок к камере сгорания, причем корпус камеры дожигания снабжен вертикальной цилиндрической оболочкой и выпускным концом, а также устройства для подачи вторичного воздуха и средства формирования потока продуктов сгорания, размещенные напротив входного отверстия камеры дожигания, отличающийся тем, что средства формирования потока выполнены в виде перегородки с центральной конусной частью, установленной в корпусе с кольцевым зазором, выпускной конец корпуса выполнен куполообразной формы, а сама оболочка охвачена теплоизолирующей стенкой с образованием с ней кольцевого канала для выхода продуктов сгорания, дополнительно соединенного с выпускной трубой, причем входной патрубок камеры дожигания выполнен в виде конфузора, заведенного в камеру сгорания через ее нижний торец с образованием кольцевого зазора для удаления золы. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что на периферийной кромке перегородки выполнены наклонные выемки. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере цилиндрическая оболочка, куполообразный выпускной конец и перегородка выполнены из материала, обладающего способностью катализировать окисление углерода и его соединений. 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что устройство для подачи вторичного воздуха оснащено нагревателем. 5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что устройство для подачи вторичного воздуха выполнено в виде конуса, охватывающего конфузор входного патрубка камеры дожигания.