Способ сжигания топлива

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 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

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.

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.