ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системе теплоснабжения и при сжигании топлива для нагрева рабочих тел, где сжигание различных видов топлива происходит в псевдоожиженном слое.

Известен теплогенератор [1] содержащий камеру сгорания, каталитический элемент для дожигания окислов азота в продуктах сгорания, воздуховод, смесительную камеру, теплообменник, а также каталитическую кассету восстановления окислов азота. На подобных устройствах низкая эффективность сжигания топлива.

Наиболее близким к заявляемому устройству по количеству сходных существенных признаков является устройство [2] в котором сжигание топлива происходит в кипящем слое. Теплообменник состоит из корпуса с патрубками для подвода топлива, воздуха и воды и отвода горячей воды и продуктов сгорания топлива, внутри корпуса расположена распределительная решетка, водосборники, инертная насадка (промежуточный твердый теплоноситель) и трубчатый теплосъемник-змеевик, причем змеевик выполнен с зазором между витками и имеет привод вращения. В качестве инертной насадки использованы песок, доломит, шамотная крошка и т. п. что обуславливает проведение процесса сжигания топлива при высоком уровне температур, определяемом скоростями горения на поверхности частиц твердого инертного материала, кроме того высокий уровень температур необходимо строго поддерживать, т.к. при снижении температуры процесс горения становится неустойчивым. При таких температурных режимах сжигания топлива не устраняется образование окислов азота и окиси углерода.

Наиболее близким к описываемому является теплогенератор [3] содержащий корпус с патрубками подачи топлива, воздуха и воды, и отвода дымовых газов и горячей воды, в котором размещены промежуточный теплоноситель, образованный гранулами катализатора окисления, и трубчатый теплосъемник, расположенный над газораспределительной решеткой, а между последней и теплосъемником расположена неизотермическая насадка.

Заявляемый теплогенератор позволяет повысить эффективность сжигания топлива. Теплогенератор состоит из корпуса с патрубками подвода топлива, воздуха и воды, отвода горячей воды и дымовых газов, в котором над газораспределительной решеткой размещены промежуточный твердый теплоноситель и трубчатый теплосъемник, при этом в качестве промежуточного теплоносителя использованы гранулы катализатора процесса окисления, а между газораспределительной решеткой и теплосъемником расположена объемная неизотермическая насадка. Наличие последней способствует регулированию температуры горения и устойчивости процесса сжигания топлива в зависимости от размера частиц катализатора, от температуры, заданной для зоны теплосъема, нагрузки и размера реактора, наличие катализатора ведет к дожиганию продуктов неполного сгорания топлива, что ведет к повышению эффективности сгорания топлива, уменьшению содержания продуктов недожога в дымовых газах.

Неизотермическая насадка представляет собой 5^oC7 слоев горизонтально расположенных металлических сеток с различной пропускной способностью в зависимости от требуемой температуры в зоне теплообмена. Патрубок подачи топлива расположен над газораспределительной решеткой.

В заявляемом устройстве происходит беспламенное сжигание топлива на поверхности гранул катализатора, находящегося в псевдоожиженном состоянии. Процесс сжигания происходит при достаточно низких температурах (650 -750^oC) и является весьма полным, т.е. не происходит образование оксида углерода и канцерогенных углеводородов, а также оксидов азота. Полнота сгорания топлива достигается также за счет оптимизации условий горения путем изменения числа секций в неизотермической насадке и подбора секций с определенными размерами ячеек. Объемная неизотермическая насадка регулирует поступление частиц катализатора из зоны горения в зону теплосъема и делит таким образом слой катализатора на две изотермические зоны: нижнюю с температурой, необходимой для полного сгорания топлива, и верхнюю с температурой для теплосъема. При использовании заявляемого изобретения происходит передача нагреваемому рабочему телу более 70% тепла реакции.

Применение катализаторов позволяет снизить температурный уровень процесса горения и устойчиво выполнять его при температурах 600 750^oC.

Значительно снижаются требования к термомеханическим свойствам материала реактора.

На чертеже изображен теплогенератор.

Теплогенератор состоит из вертикального корпуса 1, в котором размещены секции подвода воздуха, горения, теплосъема и осадительная камера. Секция подвода воздуха представляет приемную камеру 2 с патрубком для подачи воздуха 3. Секция горения 4 топлива отделена от секции подвода воздуха газораспределительной решеткой 5, имеющей щелевую конструкцию. Секция горения оборудована патрубком для подачи топлива 6 и горелочным устройством 7. Секция теплосъема состоит из двухкамерного трубчатого теплообменника 8 и объемной неизотермической насадки 9, размещенной под теплообменником по ходу дымовых газов. Неизотермическая насадка представляет собой объемную конструкцию из проволочных сеток с размером ячеек, обеспечивающим необходимый теплосъем, расположенных друг над другом. Диаметр проволоки 3 мм.

В секции теплосъема расположены патрубки 10 и 11 для входа холодной воды и выхода нагретой. Осадительная камера 12, расположенная в верхней части теплогенератора, имеет патрубок 13 для засыпки катализатора и патрубок 14 для выхода отработанных дымовых газов. Катализатор представляет собой прочные сферические гранулы 15, выполняющие функции промежуточного теплоносителя.

Теплогенератор работает следующим образом. Воздух по патрубку 3 подается в секцию подвода воздуха, проходит через газораспределительную решетку 5 в секцию горения, куда по патрубку 6 подается топливо, которое разбрызгивается горелочным устройством 7.

Псевдоожиженный слой образуется взвешиванием гранул катализатора 15 восходящими потоками воздуха и продуктов сгорания.

В нижней части псевдоожиженного слоя катализатора происходит интенсивное тепловыделение за счет сгорания топлива.

Перенос тепла по высоте осуществляется более чем на 80% теплопроводностью кипящего слоя катализатора. Далее горячие дымовые газы и часть катализатора проходят через неизотермическую насадку 8, разделяющую рабочий объем на две зоны: нижнюю с температурой 650 750^oC и верхнюю по ходу газа с температурой, определяемой условиями теплосъема.

Дымовые газы через осадительную камеру 12 выходят из теплогенератора, а гранулы катализатора, унесенные потоком газа, возвращаются в рабочий объем.

Отвод тепла от теплогенератора происходит через поверхность трубчатого теплообменника 8, погруженного в псевдоожиженный слой катализатора. Вода в теплообменник подается по патрубку 10, и по патрубку 11 нагретая вода поступает к потребителю.

Использование: изобретение относится к теплоэнергетике. Сущность: теплогенератор позволяет повысить эффективность сжигания топлива за счет беспламенного горения топлива на поверхности катализатора, находящегося в псевдоожиженном состоянии. Теплогенератор содержит корпус 1 с патрубками для подвода топлива 6, воздуха 3 и воды 10 и отвода горячей воды 11 и дымовых газов 14. В нижней части корпуса 1 размещена газораспределительная решетка 5 щелевой конструкции, над которой последовательно расположены горелочное устройство, объемная неизотермическая насадка и секция теплосъема, состоящая из трубчатого теплообменника 8. Неизотермическая насадка 9 состоит из 5 - 7 слоев проволочной сетки с размером ячеек, обеспечивающих необходимый теплосъем. 1 ил.

Теплогенератор, содержащий корпус с патрубками подачи топлива, воздуха и воды и отводов дымовых газов и горячей воды, в котором размещены промежуточный теплоноситель, образованный гранулами катализатора окисления, и трубчатый теплосъемник, расположенный над газораспределительной решеткой, а между газораспределительной решеткой и теплосъемником расположена неизотермическая насадка, отличающийся тем, что неизотермическая насадка выполнена из 5 7 горизонтальных слоев металлической сетки.