СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 1996 года по МПК F23C11/02 

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.

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 а 1.0 1.1 и регулированием температуры слоя путем отвода из него тепла с помощью рабочей среды [1]
Недостатками известного способа является необходимость проведения процесса при высоких температурах (выше 800^оС), определяемых скоростью горения топливно-воздушных смесей на поверхности частиц инертного теплоносителя. Для ввода аппарата в работу необходимо нагреть теплоноситель до 600-800^оС с помощью дополнительного источника тепла, а для устойчивой работы аппарата температура должна поддерживаться на уровне 800-1000^оС. Высокие температуры сжигания приводят к образованию термических оксидов азота по реакции: N₂ + O₂ ->> NO_х. 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 по-дачи воздуха с а 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^оС за счет изменения расхода рабочей среды [2]
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% объемных в сутки). При сжигании испаряющихся жидких топлив и отходов с высоким содержанием воды наблюдаются значительные температурные перепады на гранулах катализатора, достигающие 400-500^оС, что приводит к дополнительному износу катализатора за счет раскола гранул. При высоком износе токсичные компонентов (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.

Целью изобретения является снижение механического износа катализатора, увеличение его срока службы, уменьшение выброса токсичных веществ с сохранением эффективности каталитического сжигания.

Это достигается тем, что 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.

Отличительными признаками изобретения является использование для сжигания топлив смеси инертного теплоносителя и катализатора при содержании инертного теплоносителя 75-80% от общего объема смеси.

П р и м е р 1. В реактор диаметром 80 мм загружают 2,0 л катализатора (100% объемных) с диаметром гранул 2-3 мм. Под газораспределительную решетку подают воздух для псевдоожижения слоя катализатора и окисления топлива. Внешним электроподогревателем нагревают слой катализатора до 300-400^оС. 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^оС. Количество оксида углерода в дымовых газах на выходе из реактора 0,16 об. Степень истирания катализатора 0,3 об. в сутки.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1. В реактор загружают 1,6 л катализатора (75% от общего объема смеси) и 0,4 л гранул кварца с диаметром 1,6-1,9 мм. Количество оксидов углерода в дымовых газах 0,12 об. Степень истирания катализатора 0,2 об. в сутки.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 2. В реактор загружают 1,0 л катализатора (50% от общего объема смеси) и 1,0 л кварца. Количество оксида углерода 0,11 об. Степень истирания катализатора 0,09 об. в сутки.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 2. В реактор загружают 0,4 л катализатора (25% от общего объема смеси) и 1,6 л кварца. Количество оксида углерода 0,12 об. Степень истирания катализатора 0,03 об. в сутки.

П р и м е р 5. Аналогичен примеру 2. В реактор загружают 0,3 л катализатора (15% от общего объема смеси) и 1,7 л кварца. Количество оксида углерода 0,4 об. Степень истирания катализатора 0,028 об. в сутки.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 2. В реактор загружают 0,2 л катализатора (10% от общего объема смеси) и 1,8 л кварца. Количество оксидов углерода 1,1 об. Степень истирания катализатора 0,025 об. в сутки.

П р и м е р 7. Аналогичен примеру 2. В реактор загружают 2,0 л кварца без катализатора (0% катализатора). Количество оксида углерода в дымовых газах 1,4 об.

П р и м е р 8. Аналогичен примеру 1. В слой подают вместо угля дизельное топливо через форсунку в количестве 0,9 кг/ч. Количество оксида углерода в дымовых газах 0,11 об. Степень истирания катализатора 0,4 об. в сутки.

П р и м е р 9. Аналогичен примерам 8 и 4. Количество оксида углерода 0,11 об. Степень истирания катализатора 0,042 об. в сутки.

П р и м е р 10. Аналогичен примерам 8 и 7. Количество оксида углерода на выходе из реактора 1,2 об.

П р и м е р 11. Аналогичен примеру 1. В слой подают газообразный пропан в количестве 0,3 м³/ч. Степень окисления пропана 39,9% Степень истирания катализатора 0,3 об. в сутки.

П р и м е р 12. Аналогичен примерам 11 и 4. Степень окисления пропана 99,9% Степень истирания катализатора 0,04 об. в сутки.

П р и м е р 13. Аналогичен примерам 11 и 7. Степень окисления пропана 85%
П р и м е р 14. 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. Количество оксида углерода в отходящей из реактора парогазовой смеси составляет 0,2 об. Степень истирания катализатора 0,8 об. в сутки.

П р и м е р 15. Аналогичен примерам 14 и 4. Количество оксида углерода в отходящих газах 0,16 об. Степень истирания катализатора 0,04 об. в сутки.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет снизить количество катализатора, загружаемого в реактор, в 4 раза с сохранением полного сгорания топлив независимо от их вида (газообразное, жидкое, твердое). При этом проявляется дополнительное качество снижение степени истирания катализатора в 8-10 раз, особенно при сжигании сточных вод, где степень истирания катализатора снижается в 20 раз.

Дополнительно проведенные испытания предлагаемого способа на промышленной установке мощностью до 1 т/ч по твердым органическим отходам целлюлозно бумажной промышленности полностью подтвердили данные, приведенные в примерах.

Использование: способы сжигания газообразных, жидких и твердых топлив для нагрева газов, жидкостей и твердых тел, а также обезвреживание газообразных, жидких и твердых отходов. Сущность изобретения: сжигание топлива в псевдосжиженном слое, включающее подачу воздуха через газораспределительную решетку с α=1,0-1,1, поддержание температуры 300 - 800 ^oС в слое, включающем катализатор полного окисления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, при этом псевдосжиженный слой дополнительно включает частицы инертного теплоносителя, количество которого составляет 75 - 80 % от общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА в псевдоожиженном слое, заключающийся в подаче воздуха через газораспределительную решетку с α = 1,0-1,1, поддержании температуры 300 800^oС в слое, включающем катализатор полного оксиления органических веществ, путем отвода тепла с помощью нагреваемой рабочей среды, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой дополнительно включает частицы инертного теплоносителоя, количество которого составляет 75 80% общего объема смеси последнего и упомянутого катализатора.