Устройство для каталитического беспламенного сжигания с чрезвычайно малым выбросом загрязняющих веществ и способ сжигания - RU2018139863A

1. Устройство для каталитического беспламенного сжигания с чрезвычайно малым выбросом загрязняющих веществ, содержащее полый цилиндр с верхним открытым концом и нижним закрытым концом, при этом, по меньшей мере, один элемент (1) для впуска газа, поддерживающего горение, и, по меньшей мере, один элемент (2) для впуска топлива расположены на нижнем конце или донном конце цилиндра, устройство (3) для предварительного смешивания газов расположено над элементом (1) для впуска газа, поддерживающего горение, и элементом (2) для впуска топлива в средней нижней части цилиндра, плита (5) для сжигания расположена над устройством (3) для предварительного смешивания газов, между донным концом цилиндра и плитой (5) для сжигания сохраняется зазор для образования камеры (4) предварительного смешивания газов, устройство (3) для предварительного смешивания газов расположено в камере (4) предварительного смешивания газов, запальник (6) расположен над плитой (5) для сжигания, газовый дефлектор (7) расположен на верхнем открытом конце цилиндра, при этом газовый дефлектор (7) представляет собой полую цилиндрическую трубу с верхним и нижним открытыми концами, нижний открытый конец цилиндрической трубы имеет воздухонепроницаемое соединение с верхним открытым концом полого цилиндра, камера (8) беспламенного сжигания расположена над газовым дефлектором (7), при этом камера (8) беспламенного сжигания представляет собой полый контейнер с нижним открытым концом и верхним закрытым концом, верхний открытый конец газового дефлектора (7) расположен напротив нижнего открытого конца камеры (8) беспламенного сжигания, то есть верхний открытый конец газового дефлектора (7) расположен под нижним открытым концом камеры (8) беспламенного сжигания и в той же плоскости или проходит от нижнего открытого конца камеры (8) беспламенного сжигания в камеру (8) беспламенного сжигания, и средняя верхняя часть камеры (8) беспламенного сжигания заполнена катализатором (9).

2. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.1, в котором предусмотрено более одного устройства (3) для предварительного смешивания газов с одной или более, чем двумя формами, представляющими собой формы листа, стержня, пчелиных сот и тому подобного, и данные устройства жестко присоединены к внутренней стенке камеры (4) предварительного смешивания газов, зазоры сохраняются в устройствах или между устройствами, так что газ в камере (4) предварительного смешивания может проходить из элемента (1) для впуска газа, поддерживающего горение, и элемента (2) для впуска топлива к плите (5) для сжигания, между тем, устройство (3) для предварительного смешивания газов может также изменять направления струй газа, поддерживающего горение, и топливного газа в части внутренней зоны для создания турбулентности для равномерного смешивания газов в камере (4) предварительного смешивания,

плита (5) для сжигания представляет собой плитообразный конструктивный элемент и выполнена с порами или сквозными отверстиями, которые позволяют предварительно смешанным газам проходить и проникать через верхнюю поверхность и нижнюю поверхность основной части плиты, при этом поры или сквозные отверстия имеют одну или более двух форм, представляющих собой формы круга, квадрата, прорези или другие неправильные формы, сквозные отверстия имеют диаметр или ширину прорези, составляющий (-ую) 0,01-10 мм, и плита для сжигания имеет толщину, составляющую 0,1-1000 мм.

3. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.1, в котором запальник (6) может обеспечивать воспламенение предварительно смешанных газов, которые проходят через плиту (5) для сжигания, запальник может представлять собой иглу зажигания и/или электронагревательную проволоку, устройство (3) для предварительного смешивания газов и плита (5) для сжигания жестко соединены с внутренней поверхностью стенки полого цилиндра,

катализатор (9) размещен в камере (8) беспламенного сжигания и неподвижно опирается на кронштейн на внутренней стенке камеры (8) беспламенного сжигания, при этом катализатор может частично или полностью заполнять камеру беспламенного сжигания и может контактировать надлежащим образом с газом, который полностью входит в камеру (8) беспламенного сжигания через выходную часть газового дефлектора (7).

4. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.1, в котором нижний открытый конец газового дефлектора (7) соединен с верхним открытым концов камеры (4) предварительного смешивания газов, площадь верхнего открытого конца газового дефлектора (7) как выходной части может быть больше, равна или меньше площади верхнего открытого конца камеры (4) предварительного смешивания газов как выходной части, выходная часть газового дефлектора (7) имеет одну или более двух форм, представляющих собой формы круга, квадрата и другие формы, выходная часть газового дефлектора (7) может представлять собой одно или два или более сквозных отверстий, выходная часть газового дефлектора (7) противоположна нижнему открытому концу камеры (8) беспламенного сжигания как входной части, размер выходной части газового дефлектора (7) меньше размера входной части камеры (8) беспламенного сжигания, определяемого в любом направлении, выходная часть газового дефлектора (7) и входная часть камеры (8) беспламенного сжигания проецируются в любой плоскости вдоль направления воздушного потока, проекция выходной части газового дефлектора (7) расположена в зоне проекции входной части камеры (8) беспламенного сжигания, площадь поперечного сечения входной части камеры (8) беспламенного сжигания перпендикулярно к плоскости поперечного сечения направления воздушного потока входной части превышает в 1,01-20 раз площадь поперечного сечения выходной части дефлектора 7 перпендикулярно к площади поперечного сечения направления воздушного потока выходной части, выходная часть газового дефлектора (7) может проходить во входную часть камеры (8) беспламенного сжигания и также может находиться на одном уровне с входной частью или на расстоянии от входной части камеры (8) беспламенного сжигания, сохраняющееся расстояние необходимо для гарантирования того, чтобы газ, выходящий из выходной части газового дефлектора (7), мог полностью войти во входную часть камеры (8) беспламенного сжигания, сечение выходной части газового дефлектора (7) может представлять собой или не представлять собой плоскость,

камера (8) беспламенного сжигания представляет собой корпус с полостью с одним открытым концом, корпус с полостью может представлять собой полую камеру, имеющую полусферическую или любую форму и имеющую только один открытый конец, нижний открытый конец камеры (8) беспламенного сжигания как входная часть может иметь одну или более двух форм, представляющих собой форму круга и другие формы, входная часть камеры (8) беспламенного сжигания может представлять собой одно или два или более сквозных отверстий, внутренний размер во входной части в любом направлении больше размера выходной части газового дефлектора (7) в том же направлении, то есть проекция входной части камеры (8) беспламенного сжигания вдоль направления воздушного потока может полностью охватывать проекцию выходной части газового дефлектора (7) вдоль направления воздушного потока, и сечение входной части камеры (8) беспламенного сжигания может представлять собой или не представлять собой плоскость.

5. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.1, при этом устройство для каталитического беспламенного сжигания также содержит камеру (11) улавливания газов, камера (11) улавливания газов представляет собой полый контейнер, который выполнен с выпускным элементом (12), и камера (11) улавливания газов охватывает нижний открытый конец камеры (8) беспламенного сжигания в виде полой удерживающей камеры.

6. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.1 или 5, при этом устройство для каталитического беспламенного сжигания также содержит крепежный кронштейн (10), крепежный кронштейн используется для фиксации камеры (8) беспламенного сжигания в заданном положении рядом с выходной частью газового дефлектора (7), и крепежный кронштейн (10) может быть жестко соединен с полым контейнером, в котором расположена/расположен камера (11) улавливания газов или газовый дефлектор (7) или камера (4) предварительного смешивания газов.

7. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.5, в котором нижний конец камеры (11) улавливания газов выполнен с отверстием, при этом периферия отверстия имеет воздухонепроницаемое соединение с наружной поверхностью стенки полого контейнера, в котором расположен (-а) газовый дефлектор (7) или камера (4) предварительного смешивания газов, камера (8) беспламенного сжигания расположена в камере (11) улавливания газов, между внутренней поверхностью стенки камеры (11) улавливания газов и наружной поверхностью стенки камеры (8) беспламенного сжигания сохраняется зазор, площадь поперечного сечения зазора более чем в 1 раз превышает площадь поперечного сечения выходной части газового дефлектора (7), остаточные газообразные продукты сгорания могут улавливаться и выпускаться наружу через выпускной элемент (12), выпускной элемент (12) может быть установлен в любом месте камеры (11) улавливания газов, или более двух выпускных элементов установлены в более чем двух местах камеры (11) улавливания газов, и сумма площадей поперечных сечений выпускных элементов (12) более чем в 1 раз превышает площадь поперечного сечения выходной части газового дефлектора (7) перпендикулярно к площади поперечного сечения направления воздушного потока выходной части.

8. Устройство для каталитического беспламенного сжигания по п.5, в котором теплопередающие устройства могут быть установлены в одном или более, чем в двух местах в камере (8) беспламенного сжигания, на наружной поверхности стенки камеры (8) беспламенного сжигания, в камере (11) улавливания газов и на наружной поверхности стенки камеры (11) улавливания газов, и теплопередающие устройства могут представлять собой одно или более двух из кожухотрубного теплообменника, теплообменника с оребренной поверхностью или теплообменника пластинчатого типа.

9. Способ запуска устройства для каталитического беспламенного сжигания по любому из пп.1-8, включающий: контроль коэффициента избытка воздуха на уровне 1,01-2,5 после предварительного смешивания газа и газа, поддерживающего горение, введенных в камеру (4) предварительного смешивания газов посредством элемента (2) для впуска топлива и элемента (1) для впуска газа, поддерживающего горение, регулирование линейной скорости предварительно смешанных газов, чтобы она находилась в диапазоне между линейной скоростью охлаждения и линейной скоростью срыва пламени, соответствующими линейной скорости охлаждения и линейной скорости срыва пламени используемого топлива, которые известны средним специалистам в данной области техники, нагрев камеры (8) беспламенного сжигания и катализатора (9), заполняющего камеру (8) беспламенного сжигания, до красного каления или температуры свыше 600°С после запуска запальника (6) для воспламенения, последующее увеличение линейной скорости предварительно смешанных газов до значений, превышающих линейную скорость срыва пламени, для гашения пламени, между тем, продолжение выполнения беспламенного сжигания предварительно смешанных газов в камере (8) беспламенного сжигания и на катализаторе (9), заполняющем камеру (8) беспламенного сжигания, при этом воздушный поток достигает нижней части камеры сжигания и затем возвращается и отводит бóльшую часть тепла, улавливание высокотемпературного остаточного газа посредством камеры (11) улавливания газов и выпуск высокотемпературного остаточного газа через выпускные элементы (12) после теплопередачи посредством теплообменника, при этом продукты сгорания представляют собой диоксид углерода и/или водяной пар и при этом концентрация вредных веществ, таких как моноксид углерода (СО), углеводородные соединения (НС) и оксиды азота (NO_x) в выбросе составляет менее 1 части на миллион.

10. Способ по п.9, в котором газ, вводимый посредством элемента (1) для впуска газа, поддерживающего горение, представляет собой воздух, кислород или кислородосодержащую смесь газов, отличную от воздуха, с содержанием кислорода, составляющим 1-99,9% об.,

газ, вводимый посредством элемента (2) для впуска топлива, представляет собой одно или более двух из газообразного топлива, парообразующего жидкого топлива и вышеуказанных газообразного топлива и парообразующего жидкого топлива, образованных посредством разбавления одним или более, чем двумя из негорючих газов, таких как воздух и азот, до конечной концентрации 0,1-99,9% об., газообразное топливо представляет собой одно или более двух из природного газа, каменноугольного газа и сжиженного углеводородного газа, парообразующее жидкое топливо представляет собой одно или более двух из бензина, дизельного топлива, керосина, спирта и метанола,

катализатор (9) содержит пористый огнестойкий материал и активные компоненты на основе оксидов металлов, пористый огнестойкий материал может представлять собой один или более двух из керамических материалов, кварца, шпинели, карборунда и нержавеющей стали с формами волокон, гранул, сот или другими формами, обеспечивающими вентилирование, активные компоненты на основе оксидов металлов могут представлять собой один или более двух из оксида алюминия, оксида церия, оксида магния, оксида лантана, оксида титана, оксида железа, оксида марганца, оксида кремния, оксида натрия, оксида меди, оксида никеля, оксида кобальта, оксида платины, оксида палладия, оксида рутеня, оксида родия и оксида серебра, и активные компоненты на основе оксидов металлов могут иметь массовую долю, составляющую 0,1% - 85%.