Пристрій для спалювання газу з одночасним знешкодженням оксидів азоту в газових відходах

Корисна модель відноситься до пристроїв, що застосовують переважно у хімічній промисловості, призначена переважно для знешкодження оксидів азоту в газових відходах виробництва гідроксиламінсульфату їх спалюванням, а також може бути застосована в енергетиці для спалювання природного і інших горючих газів. Відомий пристрій для спалювання природного газу складається з циліндричної камери спалювання , системи подачі газу та повітря, а також завихрюючого регістру для змішування природного газу з повітрям і отворів для змішування основного газового потоку з продуктами спалювання [Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности /под редакцией д.т.н., проф. Олевского В.М. /М., Химия, 1985, с.142.] Конструкція цього пристрою не забезпечує достатньої якості перемішування компонентів палива, наслідком чого є неповне спалювання і незадовільні економічні та екологічні характеристики. Відомий також пристрій для спалювання палива, який складається з циліндричної камери спалювання з отворами на боковій поверхні, виконаними у вигляді несиметричної перфорації, і вузла для подачі газу у вигляді трубопроводу зі штуцером в нижній частині камери, яка розміщена в циліндричному корпусі з утворенням між боковими стінками камери і корпусом кільцевої порожнини, яка з'єднана з системою подачі повітря через патрубок, установлений на кожусі, а з внутрішньою порожниною камери - через перфоровану бокову стінку і через вихідний пристрій, виконаний у вигляді двох щілин, утворених конічною і плоскою поверхнями кільця, розташованого між фланцем камери і фланцем кожуха, частина поверхні якого над кільцем є конічною, а між кільцем і фланцями розміщені обмежувачі щілин (патент України №13848 А, МПК 5 F23C11/04, опубл. 25.04.97, аналог - патент Росії №2100698, МПК 5 F23C11/04). Ця конструкція більш складна у виконанні, краще забезпечує перемішування паливного компоненту з повітрям, але все ж недостатньо, щоб забезпечити ефективну роботу допалювального пристрою, внаслідок чого знижуються економічні і екологічні характеристики процесу спалювання в цілому. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу удосконалити конструкцію пристрою для спалювання газу шляхом іншого виконання вузлів і конструктивних зв'язків між ними, щоб забезпечити покращення перемішування компонентів палива з повітрям і досягти одночасного знешкодження оксидів азоту в газових відхода х, завдяки цьому виникає можливість досягнення кращих екологічних, економічних та експлуатаційних характеристик. Ця задача вирішується таким чином: в пристрої для спалювання газу, що заявляється, камера спалювання утворена декількома конусами, кути конусності яких збільшуються в напрямку течії газу; на вході в камеру спалювання і на виході з неї є завихрювачі у вигляді відігнутих пелюсток розрізаної бокової стінки камери спалювання; на боковій стінці отвори виконані під кутом до радіусу камери спалювання, а вузол подачі газу має ребра, які центрують його в корпусі та спрямовують газовий потік. Наведені вище суттєві ознаки запропонованого пристрою для спалювання газу мають такий причинно наслідковий зв'язок: 1. Велика швидкість виходу газів з пальника призводить до несиметричності тепловіддачі в котлі, що недопустимо. Запропонований пристрій відрізняється якраз тим, що забезпечує спалювання горючих компонентів в середині камери спалювання так, що температура їх збільшується майже в 5 разів. Відповідно температурі збільшується майже в 5 разів об'єм газів, при цьому завдяки підібраним кутам конусності камери спалювання перепуск високотемпературних газів з пальника в котел проходить з оптимальною швидкістю і безперервною течією. 2. Завихрювачі у вигляді відігнутих пелюсток розрізаної бокової стінки камери спалювання створюють ефект завихрення газового потоку, що покращує змішування горючого газу з повітрям. Отвори діаметром 3-5мм на боковій стінці камери спалювання, що виконані під кутом до радіусу камери спалювання, а також ребра на вузлі подачі газу, які центрують його в корпусі, дозволяють отримати повністю гомогенізовану газову суміш і, завдяки цьому, досягти спалювання з високою ефективністю без отримання побічних токсичних продуктів. Суть запропонованої корисної моделі пояснює кресленням, де на фіг.1, на якій зображений поперечний розріз пристрою для спалювання газу з одночасним знешкодженням оксидів азоту в газових відхода х виробництва гідроксиламінсульфату, на фіг.2 - розріз отвору малого діаметру на боковій стінці камери спалювання, виконаного під кутом до радіусу камери спалювання, де 1 - корпус пристрою, 2 - патрубок для подачі стисненого повітря, 3 - камера спалювання, 4 - патрубок для подачі горючих газів, 5 - днище, 6, 8 - завихрювачі, 7 - отвір у боковій стінці камери спалювання, 9 - ребро розподілу потоку повітря, 10, 11 - радіальні ребра, що центрують патрубок 4 в корпусі, 12 - кільцева порожнина. Пристрій складається з корпусу 1, патрубка 2 для подачі стисненого повітря, камери спалювання 3, патрубка 4 для подачі горючих газів з днищем 5, на периферії якого розташовані отвори для подачі горючих газів (на фіг.1 не показані) в камеру спалювання 3. Камера спалювання 3 має вигляд розширеної дільниці труби, утвореної декількома конусами, кути конусності яких збільшуються в напрямку течії газу. На вході в камеру спалювання 3 є завихрювач 6, утворений пелюстками розрізаної і відігнутої назовні бокової стінки камери спалювання. Далі в напрямку течії продуктів спалювання на конічній стінці камери спалювання 3 виконані отвори 7 малого діаметру (3-5мм), які розташовані під кутом a до радіусу камери спалювання 3 (фіг.2). На вихідному конусі камери спалювання 3 також є завихрювач - 8, утворений пелюстками розрізаної і відігнутої в середину камери спалювання 3 її бокової стінки. На патрубку 4 приварене ребро 9, яке ділить потік стисненого повітря на два рівних потоки так, що одна половина витрат повітря повертає на 90° і іде коротким шляхом в корпусі 1, а друга половина повертає на 90° в нижній частині корпусу 1, а також радіальні ребра 10, 11, які центрують патрубок 4 в корпусі 1 і спрямовують потік стисненого повітря. Пристрій працює таким чином: повітря під тиском подають через патрубок 2, де в корпусі 1 його потік повертає на 90°, обтікаючи ребра 9, 10, 11, і проходить в кільцеву порожнину 12 між боковою стінкою камери спалювання 3 і корпусом 1. З порожнини 12 стиснене повітря проходить в камеру спалювання 3 через вхідний завихрювач 6, через отвори 7 та через вихідний завихрювач 8. Горючі гази подають через патрубок 4, далі вони проходять через отвори на периферії днища 5 (на фіг.1 не зображені) і струменями проходять в камеру спалювання. Там після змішування з повітрям їх спалюють, підпалюючи спеціальним пристроєм, який не показано. Горючі гази подають в камеру спалювання 3 всі одночасно через днище 5, а повітря бічними струменями подають у такій кількості, щоб горіння йшло в умовах дефіциту кисню, тому окислення водню має місце не тільки за рахунок кисню повітря, але також і завдяки присутності оксидів азоту, які також є окислювачами. Повного допалювання продуктів горіння досягають тільки на виході камери спалювання 3 повітрям, яке поступає в завихрювач 8. Пристрій, що заявляється, пройшов дослідно-промислові випробування в установці для нейтралізації шкідливих газових відходів виробництва гідроксиламінсульфату методом спалювання з одночасною утилізацією отриманого тепла. Газові відходи виробництва гідроксиламінсульфату мають до 60-80% водню, азот, водяну пару, а також до 10-20% шкідливих для здоров'я людини оксидів азоту, які треба нейтралізувати (знешкодити). При спалюванні газових відходів у відомих пальниках оксиди азоту знешкоджуються лише частково, а продукти їх спалювання мають вигляд характерного рудого диму над трубами, який отримав назву "лисячих хвостів". У запропонованому пристрої для спалювання газових відходів виробництва гідроксиламінсульфату процес горіння ведуть в умовах сталого надлишку горючи х газів і дефіциту кисню, тому оксиди азоту не утворюються, а навпаки вступають в реакцію з воднем і метаном, перетворюючись на азот і водяну пару. Це дає можливість суттєво знизити вміст шкідливих оксидів азоту в продукта х спалювання. Експериментальні дослідження по спалюванню газових відходів виробництва гідроксиламінсульфату показали, що таким чином можливо досягти зниження вмісту оксидів азоту в продуктах спалювання до рівня 1000-3000мг/м 3. Подальше знешкодження газових відходів виробництва гідроксиламінсульфату можливе в спеціальних хімічних каталітичних фільтрах. Без попереднього спалювання газових відходів в запропонованому пристрої знешкодження їх хімічними фільтрами неможливе, бо подача на каталізатор газової суміші, що вміщує більше 3000мг/м 3 оксидів азоту, приводить до перегріву каталізатора і спрямування процесу в небажаному напрямі. Газові відходи виробництва гідроксиламінсульфату мають великий вміст водню (60-80%), тому при спалюванні дають багато теплової енергії, утилізація якої, наприклад, для підігріву те хнічної води, дозволяє отримати річний економічний ефект біля 300000 доларів США в розрахунку на спалювання газових відходів в кількості 2300м 3/годину. При цьому термін відшкодування затрат не перевищить 1,4 року. Крім того, в розрахунку на одну промислову установку з виробництва гідроксиламінсульфату викид токсичного оксиду азоту в а тмосферу буде зменшений на 530-620тон/рік.