Патент на изобретение №2334169

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ПРИРОДНЫХ И СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах. Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов содержит подводящую газораспределительную перфорированную трубку. Устройство также содержит коаксиально расположенную относительно газораспределительной трубки каталитически активную трубку, выполненную из композита, представляющего собой сетку из нержавеющей стали с закрепленной на ней керамикой, на которую нанесен активный компонент катализатора окисления углеводородов, устройство также содержит термокомпенсатор, а подводящая газораспределительная трубка снабжена распределителем второй ступени. Термокомпенсатор выполнен в виде торцевой заглушки. Распределитель второй ступени представляет собой трубку с широкой щелью, ориентированной против конвективного потока воздуха, то есть вниз. Изобретение позволяет повысить удельную мощность поверхности нагревательного элемента, удешевить производство устройства, повысить качество сгорания топлива практически с отсутствием вредных примесей в продуктах сгорания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах, и может найти применение в производстве автономных и стационарных нагревателей для обогрева бытовых и производственных помещений, приготовления пищи и т.п.

Известно каталитическое устройство, содержащее газораспределительную трубку, размещенные на ее внешней поверхности распределитель газа и слой катализатора, выполненный в виде газопроницаемых армированных лент, навитых на газораспределительную трубку (Патент РФ 2062402, F23D 14/18, 20.06.96).

Недостатком известного устройства является большой объем ручной работы, трудно поддающийся механизации, и, как следствие, невозможность достичь равномерного по поверхности элемента сжигания газа, что приводит к снижению удельной мощности.

Наиболее близким является каталитическое устройство для сжигания углеводородных смесей, которое содержит коаксиально расположенную относительно подводящей газораспределительной трубки металлопористую каталитически активную трубку, вставку-сердечник, заглушку-компенсатор, торцевые колпачки, жестко связанные с металлопористой каталитически активной трубкой, а подводящая трубка выполнена с односторонней перфорацией, ориентированной отверстиями навстречу конвективному потоку воздуха (Патент РФ 2172894, F23D 14/18, 27.08.2001).

Недостатком известного устройства является наличие дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи металлопористой каталитически активной трубки. Вследствие воздействия высокой температуры происходит быстрый износ матрицы для спекания. Для обеспечения достаточной прочности каталитически активной трубки требуется увеличение толщины ее стенок, что ведет к неоправданному увеличению расхода дорогостоящей каталитической смеси.

Изобретение решает задачу исключения дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи, замены металлопористого катализатора на катализатор из композита нержавеющей сетки и керамики, повышения удельной мощности поверхности нагревательного элемента, снижения выбросов токсичных газов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов содержит подводящую газораспределительную перфорированную трубку и коаксиально расположенную относительно газораспределительной трубки каталитически активную трубку, выполненную из композита, представляющего собой сетку из нержавеющей стали с закрепленной на ней керамикой, на которую нанесен активный компонент катализатора окисления углеводородов, например платина или палладий в количестве 0,1-0,6 мас.%, термокомпенсатор выполнен в виде торцевой заглушки. Подводящая трубка имеет одностороннюю перфорацию, ориентированную отверстиями спутно конвективному потоку воздуха. На подводящей трубке установлен распределитель второй ступени, представляющий собой трубку с широкой щелью, обращенной против конвективного потока воздуха. Распределитель второй ступени установлен на трубке с помощью дистанцирующих вставок. Применение двухступенчатого газораспределителя решает задачу равномерного распределения потока газа через каталитическую трубку по всей ее поверхности, что позволяет повысить удельную мощность поверхности нагревательного элемента при снижении вредных выбросов.

Технический результат – исключение дорогостоящего процесса спекания в вакуумной печи, замена уникального металлопористого катализатора на каталитическую трубку, выполненную из композита нержавеющей сетки и керамики с нанесенным катализатором, повышение удельной мощности поверхности нагревательного элемента, снижение выбросов токсичных газов.

На чертеже представлено устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов.

Устройство включает газораспределительную трубку 1 с отверстиями 2, выполненными в одной плоскости и ориентированными спутно конвективному потоку воздуха (стрелки внизу), то есть вверх, газораспределитель второй ступени 3, дистанцирующие вставки 4, жестко закрепленные с газораспределительной трубкой и газораспределителем второй ступени, дистанцирующие вставки 5 (несвязанные), торцевую заглушку-термокомпенсатор 6, каталитическую трубку, выполненную из композита, представляющего собой сетку из нержавеющей стали с закрепленной на ней керамикой, на которую нанесен активный компонент катализатора окисления углеводородов 7, 8, 9, внешние торцевые фиксаторы 10.

Устройство работает следующим образом.

Газообразное топливо подают внутрь газораспределительной трубки, ориентированной отверстиями по направлению конвективного потока (спутно), и топливо, равномерно распределясь по длине и внутреннему объему, организуемому распределителем второй ступени, проходит через слой катализатора. Каталитический элемент, предварительно нагретый пламенным горением (в момент пуска), обдувается конвективным потоком воздуха. Кислород из воздуха, диффундируя к поверхности катализатора, вступает в реакцию с топливом на поверхности катализатора. Происходит низкотемпературное (по сравнению с пламенным горением) каталитическое окисление.

Используемая газораспределительная трубка имеет общее сопротивление 9,4-10 Па, сопротивление на одном отверстии 6,6 Па.

Основные преимущества предлагаемого технического решения:

1) исключен трудоемкий и энергоемкий процесс спекания в вакуумной печи;

2) повышена удельная мощность поверхности нагревательного элемента;

3) реализуется возможность механизации производства устройств;

4) реализуется возможность повышения потребительских качеств путем усовершенствования и доводки отдельных деталей устройства в процессе серийного производств.

Конструкция устройства позволяет использовать ее, группируя в секции с общим подводом газа, и создавать, таким образом, устройства различной мощности.

Изобретение позволяет повысить удельную мощность поверхности нагревательного элемента, удешевить производство устройства путем исключения дорогостоящего процесса приготовления металлопористой каталитически активной трубки, повысить качество сгорания топлива с практически отсутствием вредных примесей в продуктах сгорания, снизить трудоемкость.

Формула изобретения

1. Устройство для каталитического сжигания природных и сжиженных газов, содержащее подводящую газораспределительную перфорированную трубку, отличающееся тем, что оно содержит коаксиально расположенную относительно газораспределительной трубки каталитически активную трубку, выполненную из композита, представляющего собой сетку из нержавеющей стали с закрепленной на ней керамикой, на которую нанесен активный компонент катализатора окисления углеводородов, устройство также содержит термокомпенсатор, а подводящая газораспределительная трубка снабжена распределителем второй ступени.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термокомпенсатор выполнен в виде торцевой заглушки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределитель второй ступени представляет собой трубку с широкой щелью, ориентированной против конвективного потока воздуха, то есть вниз.

РИСУНКИ