Способ утилизации тепла отходящих газов печей

40 45 50 55 60 65 Изобретение относится к технологии утилизации тепла отходящих газов, преимущественно нагревательных печей.В настоящее время на долю промышленных печей в тепловом балансе страны приходится до 22 всего потребляемого органического топливаТепло, выделяемое при сжигании топлива в печах, только частично расходуется на технологический про-; цесс, большая его часть от 50 до 70 теряется с уходящими продуктами сгорания.В связи с этим большое внимание в последнее время уделяется решению проблемы утилизации тепла отходящих газов.В настоящее время разрабатываются новые эффективные способы утилизации тепла уходящих газов., основанные на термохимической регенерации тепла, в результате которой тепло передается в виде химической энергии топливу. Сущность такой регенерации заключается в том, что органическое топливо подвергается термообработке с теплоносителем, вступающим в эндотермическую реакцию с топливом, например, по реакции между метаном углекислым газом и водяными парамиСН 4 +Н О=СО +ЗН-ф 49, 3 ккал/моль (1) ,СН 4 +СО =2 СО+2 Н59,1 ккал/моль (2)В качестве теплоносителей испольюзуют смесь органического топлива с воздухом, водяными парами.Известен способ утилизации тепла отходящих газов, основанный на термохимической регенерации тепла, включающий смешивание топлива - метана с теплоносителем, нагрев смеси, осуществление каталитической конверсии полученной смеси и возврат конвертированного газа в печь на сжигание. В качестве тепЛоносителя используют водяной пар, который смеши" вают с топливом в стехиометрическом соотношении. Способ осуществляют в реакторе, в который подают одновременно водяной пар, топливо и катализатор конверсии метана, например марки КСН. В полученной смеси происходит эндотермическая реакция паровой конверсии метана, в результате которой запасается тепловая энергия, которая повторно используется в про-. мышленных печах С 13.Однако этот способ недостаточно эффективен из-за низкой -интенсивности паровой конверсии метана. К тому же паровая конверсия имеет еще один недостаток: она требует большого количества водяного пара (1,125 кг на 1 кг метана), причем на его подогрев затрачивается около 6 тепла от сжигания.природного газа. Кроме того,осуществление нагрева всей сме ивместе с катализатором приводит кбыстрому разрушению катализатора.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, основанный на термохимической регенерации тепла, использующий в качестве, теплоносителячасть отходящих газов.Этот процесс является более экономичным, поскольку отходящие газы ис 10 пользуются не на нагрев теплоносителя, а непосредственно в качестве теплоносителя 2.Однако в известном способе конверсия топлива с частью уходящих га 15 зов проводится в химреакторе, объедннякщем в себе функции трех агрегатов - смесителя, смесеподогревателяи. реактора, Такое оформление процесса конверсии возможно, если теплосодержание уходящих газов .достаточнодля проведения эндотермических реакций их восстановления (например, ухо.дящие газы МГД генератора Т = 22002500 К) .ЬЫИПри более низких температурах ухо,цящ их га зов ( Т12 0 0 К) или для топ лива, непосредственная подача которыхв продукты сгорания сопровождаетсясажевыделением (например., при подачеметана в его же продукты сгорания),такое оформление процесса конверсииневозможно,В этом случае необходимо использова ние катализатора, знач итель носиижакщего температуру начала восстановления отходящих газов органическим топливом, а также дополнительныйобогрев смеси извнеОднако оптимальное проведение процессов конверсии и нагрева в одном агрегате невозможно, поскольку для интенсификации теплообмена необходимо увеличение скорости движения смеси вдольгреющей поверхности, а для интенсификации процесса конверсии - уменьшение скорости, т,е, увеличениевремени пребывания смеси .в катализаторе. Кроме того, наличие катализатора, коэффициент теплопроводности которого мал, не способствуетувеличению подвода тепла ни прибольших, ни при малых скоростяхтечения смеси,Цель изобретения - интенсификацияконверсии и повышение экономичности процесса.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу утилизации тепла отходящих газов печей,преимущественно нагревательных,включающему подачу топлива и частиотходящих газов на каталитическуюконверсию и подачу конвертированнойсмеси газов на сжигание, топливосмешивают с 20-50 общего количества отходящих газов, полученнуюсмесь перед подачей на каталитичес- .кую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии.Кроме того, подогрев смеси нподачу ее на каталитическую конверсию многократноповторяютНа чертеже представлена схемаосуществления способа,Схема содержит промышленнуюпечь 1, воздухоподогреватель 2, смесеподогреватель 3, химреактор дляпроведения конверсии 4 и смеситель 5.утилизация тепла нагревательнойпечи по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.Органическое топливо и 20-50отходящих газов (в зависимости оттипа печи и выбранной технологической схемы) прступают в смеситель. 5,где происходит смесеобразование иподача ее в смесеподогреватель 3.После прогрева до температуры.выше температуры начала .каталитической конверсии (для метана эта температура составляет - 1100 К ипревышает температуру начала кон версии метана на никелевом катализаторе на 50 - 100 С),.смесь направляют .в химреактор 4 где происходит конверсия органического топлива со своими продуктами сгорания -отходящими газами, по реакциям (1)и (2).На осуществление зкзотермическихреакций (1) и (2) требуется тепло.Часть физического тепла продуктовсгорания, выходящих из печи, расходуется на осуществление этихреакций и превращается .в химическуюэнергию продуктов термическогопревращения и вместе с ними возвращается в печь,Предлагаемый способ был испытанна экспериментальной установкефКОРТ-И:, моделирующей работу-промышленнойпечи,.работающей наприродном газе,Принципиальная схема экспериментальной установки для реализации предлагаемого способа соответствует чертежу. Она состоит из собственной лечи, пятисекционного воздухоподо-. гревателя, четырехсекционного подогревателя конвертированного газа (смесеподогревателя), трех адиабатных химреакторов, заполненных катализатором КСН, инжекционного смесителя и водяного. калориметра (не показан). Печь выполнена в виде прямоугольного канала 250 х 250 мм, высотой 1500 мм и выложена высокогли-. ноземистым ультралегковесом толщины 125 мм. Объем печи разделен керамической насадкой на камеру сгорания и участок теплосъема, В последнем для изменения температуры газов уста новлен водяной калориметр змеевикового типа. Воздухоподогреватель исмесеподогреватель выполнены в видеодного технологического аппарата,состоящего из десяти секций трубчатихподогревателей, каждая из которыхсостоит из семи жаропрочных труб.В пяти секциях расположен воздухоподогреватель, в четырех подогреватель конвертированных газов, в сдной секции через перфорированные 5 10 1Результаты проведенных экспери"ментов подтвердили эффективностьразделения процесса теплообмена икаталитической конверсии в организмции различных технологических схем.При этом на катализаторе не происхо"дило выделение сажй. 60 Проведенные исследования подтвердили работоспособность схемы в целойи ее отдельных элементов. Применение печи с термохимической регенерацией тепла является 65 трубы осуществляется отбор продуктов сгорания.Размер тракта греющих продуктов. сгорания 250 х 250 ммф, высота одной.15 секции 80 мм.Работа печи осуществляется следующим образом,.Подача воздуха и конвертированного газа в печь осуществляется через тракт трубчатых подогревателей.В печи происходит сгорание смеси ипродукты сгорания направляются наводяной калориметр, имитирукщий полез-.ный технологический процесс. Послесовершения полезной работы продукты сгорания поступают на трубы воз-духоподогревателя конвертированногогаза. Температура продуктов сгорания на входе в подогреватели можетизменяться от 1500 до 400 К, чтоохватывает практически весь интересующий диапазон изменения температур.Метан перед подачей в подогреватель смешивают.с продуктами сго рания, Конструкция установки обеспечивает устойчивую работу в широком диапазоне изменения коэффициентов избытка окислителя д.=0,7-2,0.После прогрева до 800 фС смесь мета на с продуктами сгорания поступаетна Б 1-катализатор марки КСН, где ипроисходит образование конвертированного газа, поступающего в печь Ф на сгорание.Для интенсификации процесса кон- .версии, который сопровождается значительным поглощением тепла, подогреватель конвертированного газавыполняют четырехсекционным (подогрев-конверсия на катализаторе поВдогрев-конверсия и т.д.),1013726 Конструктивное оформление химреактора с разделением процессовтеплообмена и каталитической конверсии способствует интенсификациипроцесса нагрева смеси в 2-3 раза 5 и увеличивает срок службы катализатора в 1,5-2 раза. аю Составитель Г. НаумоваТехред А.Вабинец, Корректор Е, Рошк Редактор А. Шанд аказ 2989/4 Тираж 613 Государстве лам изобрет осква, ЖВНИИП по 113035, илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,перспективным направлением повышения эффективности использованиятоплива в народном хозяйстве и позволит снизить удельные расходы топлива на ряде производств на 15-20по сравнению с только воздушной регенерацией тепла. Подписноенного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4/5