RU2144160C1 - Converter - Google Patents

Converter Download PDF

Info

Publication number
RU2144160C1
RU2144160C1 RU99107067/06A RU99107067A RU2144160C1 RU 2144160 C1 RU2144160 C1 RU 2144160C1 RU 99107067/06 A RU99107067/06 A RU 99107067/06A RU 99107067 A RU99107067 A RU 99107067A RU 2144160 C1 RU2144160 C1 RU 2144160C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fibers
section
fiber
converter
package
Prior art date
Application number
RU99107067/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.М. Липовый
А.С. Грибков
А.Н. Попов
Original Assignee
Липовый Николай Максимович
Грибков Александр Сергеевич
Попов Александр Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Липовый Николай Максимович, Грибков Александр Сергеевич, Попов Александр Николаевич filed Critical Липовый Николай Максимович
Priority to RU99107067/06A priority Critical patent/RU2144160C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2144160C1 publication Critical patent/RU2144160C1/en
Priority to PCT/RU2000/000100 priority patent/WO2000063618A1/en
Priority to AU34677/00A priority patent/AU3467700A/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/10—Burner material specifications ceramic
    • F23D2212/103—Fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: thermal devices designed for conversion of energy of combustion of hydrocarbons in gaseous phase to infra-red radiation energy. SUBSTANCE: converter has stack with open bulk porosity forming through passages from fibers from heat-proof and heat- resisting materials possessing catalytic properties of intensification of physicochemical processes of oxidation of hydrocarbons and reduction of oxides in gaseous phase. Fibers have profiled cross section; they are laid layer by layer in freely supported fixed beam pattern. Fibers of each layer are located arbitrarily and have angle of turn in space equal to 0.15 - 90 deg. Center-to-center distance between adjacent fibers do not exceed 50 to 150 their maximum transversal sizes. Diameter of transversal section of each through passage is equal to 0.5-20 maximum transversal sizes of fiber. Minimum thickness of stack is equal to 0.5 - 2.0 of length of fibers. Active working surface of stack is equal to 0.89 - 0.99 of total surface of all fibers. EFFECT: extended range of application; enhanced efficiency and reliability; ease in maintenance. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехнических устройств, предназначенных для преобразования энергии горения углеводородов в газообразной фазе в энергию инфракрасного излучения, используемого в экологически чистом технологическом оборудовании, применяемом в различных областях техники и промышленности. The invention relates to the field of heat engineering devices designed to convert the energy of combustion of hydrocarbons in the gaseous phase into the energy of infrared radiation used in environmentally friendly technological equipment used in various fields of technology and industry.

Известно из патента США N 5326631, кл. F 23 D 14/12, 1993 г., устройство для преобразования энергии горения углеводородов в газообразной фазе в энергию инфракрасного излучения, содержащее матрицу из спеченных металлических и керамических волокон со связующим агентом, образующую пористую структуру. It is known from US patent N 5326631, CL. F 23 D 14/12, 1993, a device for converting the combustion energy of hydrocarbons in the gaseous phase into infrared energy, containing a matrix of sintered metal and ceramic fibers with a bonding agent, forming a porous structure.

Недостатками вышеуказанного технического решения являются малый диапазон устойчивой работы и невысокий предел регулирования, вызванный опасностью проскока пламени на периферии матрицы (где скорость газовоздушной смеси минимальная) при снижении исходного давления углеводородов в газообразной фазе и изменении режимов работы. The disadvantages of the above technical solution are a small range of stable operation and a low regulation limit, caused by the danger of flame penetration at the periphery of the matrix (where the air-gas mixture velocity is minimal) while lowering the initial pressure of hydrocarbons in the gaseous phase and changing operating modes.

Наиболее близким к предложенному конвертеру по своей технической сущности и достигаемому эффекту является, известный из патента Российской Федерации N 2094703, конвертер, содержащий пакет из металловолокнистой структуры с открытой образующей сквозные каналы объемной пористостью, предназначенный для сжигания газообразного топлива и генерации инфракрасного излучения. The closest to the proposed converter in its technical essence and the achieved effect is, known from the patent of Russian Federation N 2094703, a converter containing a package of metal-fiber structure with open volume porosity forming through channels, designed to burn gaseous fuel and generate infrared radiation.

Недостатками этого конвертора являются узкий диапазон его применения, ограниченный маломощными горелочными устройствами с естественной эжекцией окислителя, и проблематичность его использования, в частности, для нейтрализации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания различных транспортных средств и дымовых газов теплоэлектростанций из-за ограниченных прочностных свойств. The disadvantages of this converter are the narrow range of its application, limited by low-power burner devices with natural ejection of the oxidizing agent, and the difficulty of its use, in particular, to neutralize the exhaust gases of internal combustion engines of various vehicles and flue gases of thermal power plants due to limited strength properties.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона применения конвертера, повышение эффективности (КПД), надежности и обеспечение удобства эксплуатации. The aim of the invention is to expand the range of application of the converter, increase efficiency (Efficiency), reliability and ease of use.

Указанная цель достигается тем, что в конверторе, содержащем, по крайней мере, один пакет с открытой объемной пористостью, образующей сквозные каналы из соединенных в единое целое фибр из жаропрочного и жаростойкого материала, обладающего каталическими свойствами интенсификации физико-химических процессов окисления углеводородов и восстановления окислов в газообразной фазе, фибры выполнены с профилированным поперечным сечением и уложены послойно по схеме свободно опертой фиксированной балки, при этом фибры в каждом слое расположены произвольно и имеют угол разворота, а в пространстве каждой фибры равный 0,15 - 90o градусов, длина L и межосевые расстояния Т между соседними фибрами не превышают 50 - 150 максимальных поперечных размеров X фибры, причем диаметр d приведенного поперечного сечения каждого сквозного канала равен 0,5 - 20 максимальных поперечных размеров X фибры, минимальная толщина S пакета составляет 0,5 - 2,0 длины L фибры, а активная рабочая поверхность пакета составляет 0,89 - 0,99 от суммарной поверхности всех фибр.This goal is achieved by the fact that in the converter containing at least one bag with open volume porosity, forming through channels of fiber-reinforced heat-resistant and heat-resistant material combined with catalytic properties of intensification of the physicochemical processes of hydrocarbon oxidation and reduction of oxides in the gaseous phase, the fibers are made with a profiled cross-section and laid in layers according to the scheme of a freely supported fixed beam, with the fibers in each layer arbitrary and have a turning angle, and in the space of each fiber equal to 0.15 - 90 o degrees, the length L and the center distance T between adjacent fibers do not exceed 50 - 150 maximum transverse dimensions X of the fiber, and the diameter d of the given cross section of each through channel is 0.5 - 20 maximum transverse dimensions X of the fiber, the minimum thickness S of the package is 0.5 - 2.0 of the length L of the fiber, and the active working surface of the package is 0.89 - 0.99 of the total surface of all fibers.

Кроме того в конвертере пакет фибр может быть выполнен со сквозными каналами, размер поперечных сечений которых определяется по формуле

Figure 00000002

где d - диаметр приведенного сечения канала;
h - текущий линейный размер пакета;
Hi- значение одного из линейных размеров (толщины) участка пакета, имеющего заданную пористость;
Hn - значение одного из линейных размеров (толщины) участка пакета с порядковым номером n, имеющего заданную пористость;
k - число из диапазона 0 - 1, значение которого выбирается соответственно заданным: - скорости потока газов в конвертере и их давлению на входе в конвертер и конструктивным особенностям технологического оборудования;
М - коэффициент стыковки смежных участков пакета различной заданной пористости, имеющий произвольное значение, превышающее число, равное 1.In addition, the fiber package in the converter can be made with through channels, the cross-sectional size of which is determined by the formula
Figure 00000002

where d is the diameter of the reduced section of the channel;
h is the current linear packet size;
H i - the value of one of the linear dimensions (thickness) of the portion of the package having a given porosity;
H n is the value of one of the linear dimensions (thickness) of the portion of the packet with serial number n having a given porosity;
k is a number from the range 0 - 1, the value of which is selected according to the given: - the flow rate of gases in the converter and their pressure at the inlet of the converter and the design features of the technological equipment;
M is the joining coefficient of adjacent sections of the packet of different predetermined porosity, having an arbitrary value greater than a number equal to 1.

При этом фибры могут быть выполнены с поперечным сечением в виде круга, или прямоугольника, или лучевой звезды. In this case, the fibers can be made with a cross section in the form of a circle, or a rectangle, or a ray star.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид конвентера из пакетов, образующих однослойную панель. In FIG. 1 schematically shows a General view of the convector from the packages forming a single-layer panel.

На фиг. 2 - вид сбоку конвертера, изображенного на фиг. 1. In FIG. 2 is a side view of the converter of FIG. 1.

На фиг. 3 - поперечный разрез пакета. In FIG. 3 is a cross section of the package.

На фиг. 4 - схематично изображен общий вид конвертора из пакетов, образующих многослойную панель. In FIG. 4 - schematically shows a General view of the Converter from packages forming a multilayer panel.

На фиг. 5 - фибра с поперечным сечением в виде круга в аксонометрии. In FIG. 5 - fiber with a cross section in the form of a circle in a perspective view.

На фиг. 6 - фибра с поперечным сечением в виде прямоугольника в аксонометрии. In FIG. 6 - fiber with a cross section in the form of a rectangle in a perspective view.

На фиг. 7 - фибра со звездообразным поперечным сечением в аксонометрии. In FIG. 7 - fiber with a star-shaped cross section in a perspective view.

Конвертер состоит, по крайней мере, из одного пакета 1 с открытой объемной пористостью, образующей сквозные каналы 2 из соединенных в единое целое фибр 3 из жаропрочного и жаростойкого материала, обладающего каталическими свойствами интенсификации физико-химических процессов окисления углеводородов и восстановления окислов в газообразной фазе. Фибры 3 выполнены с профилированным поперечным сечением и уложены послойно по схеме свободно опертой фиксированной балки. Фибры 3 в каждом слое 4 расположены произвольно и имеют угол разворота в пространстве каждой фибры 3, равный 0,15 -90 градусов. Длина L фибры 3 и межосевые расстояния Т между соседними фибрами 3 не превышают 50 - 150 максимальных поперечных размеров X фибры 3, причем диаметр d приведенного поперечного сечения каждого сквозного канала 2 равен 0,5 - 20 максимальных поперечных размеров X фибры 3. Минимальная толщина S пакета 1 составляет 0,5 - 2,0 длины L фибры 3, а активная рабочая поверхность пакета 1 составляет 0,89 - 0,99 от суммарной поверхности всех фибр 3. The converter consists of at least one package 1 with open bulk porosity, which forms through channels 2 of fibers 3 connected into a single unit made of heat-resistant and heat-resistant material, which has catalytic properties for intensifying the physicochemical processes of hydrocarbon oxidation and reduction of oxides in the gaseous phase. The fibers 3 are made with a profiled cross-section and laid in layers according to the scheme of a freely supported fixed beam. The fibers 3 in each layer 4 are arranged arbitrarily and have a rotation angle in the space of each fiber 3 equal to 0.15 -90 degrees. The length L of the fiber 3 and the center distance T between adjacent fibers 3 do not exceed 50 - 150 of the maximum transverse dimensions X of the fiber 3, and the diameter d of the reduced cross section of each through channel 2 is 0.5 to 20 of the maximum transverse dimensions X of the fiber 3. The minimum thickness S package 1 is 0.5 - 2.0 length L of fiber 3, and the active working surface of package 1 is 0.89 - 0.99 of the total surface of all fibers 3.

В зависимости от назначения и характера технологического оборудования, конвертер может использоваться как в теплогенераторах для сжигания газообразного углеводородного сырья, с целью получения технологического тепла в виде интенсивного инфракрасного излучения, так и в устройствах нейтрализации или дожигания выхлопных, дымовых или удаляемых из технологических установок отходящих горячих газов, в состав которых входят продукты горения, в том числе содержащие углеводороды. Depending on the purpose and nature of the technological equipment, the converter can be used both in heat generators for burning gaseous hydrocarbon raw materials, in order to obtain technological heat in the form of intense infrared radiation, and in devices for neutralizing or afterburning exhaust, flue or exhaust hot gases removed from technological installations , which include combustion products, including those containing hydrocarbons.

Принцип работы конвертера. После подачи газообразного углеводородного топлива в конвертер теплогенератора или горелки (на чертежах условно не показано) и зажигания топлива, фибры 3 нагреваются (за счет теплоты, выделяющейся при горении топлива внутри сквозных поровых каналов 2 пакета 1 конвертера), а за счет турбулизации потока, при прохождении сквозных капиллярных поровых каналов 2, происходит интенсивный подогрев и перемешивание компонент газообразного топлива и подготовка его к горению, одновременно за счет катализа снижается температура воспламенения топлива. Поскольку реакция окисления углеводородов газообразного топлива происходит с выделением тепловой энергии, фибры 3 раскаляются до температуры 850 -1050oC и становятся источником концентрированного инфракрасного излучения.The principle of operation of the converter. After the supply of gaseous hydrocarbon fuel to the converter of the heat generator or burner (not shown conventionally in the drawings) and ignition of the fuel, the fibers 3 are heated (due to the heat released during the combustion of the fuel inside the through pore channels 2 of the converter package 1), and due to the flow turbulence, when passing through capillary pore channels 2, there is an intensive heating and mixing of the components of the gaseous fuel and preparing it for combustion, while the ignition temperature of the fuel is reduced due to catalysis . Since the oxidation reaction of gaseous fuel hydrocarbons occurs with the release of thermal energy, fibers 3 are heated to a temperature of 850-1050 o C and become a source of concentrated infrared radiation.

В случае использования конвертера в фильтрах - нейтрализаторах выхлопных газов, указанные горячие газы поступают в сквозные каналы 2 пакета 1 конвертера и нагревают составляющие его фибры 3 до температуры начала эффективного каталитического взаимодействия их поверхностей с протекающими через сквозные каналы 3 газообразными углеводородами, при этом за счет турбулизации происходит активное перемешивание газовых компонентов и интенсификация процесса катализа. После разогрева пакета 1 (или пакетов 1, количество которых, в каждом конкретном случае, определяется в зависимости от назначения и пропускной способности технологического оборудования, использующего конвертер), углеводороды, протекающие через сквозные каналы 2 пакета 1, вступают во взаимодействие с кислородом и окисляются, а окислы углерода и азота при взаимодействии с кислородом воздуха вступают в реакцию восстановления. In the case of using the converter in filters - neutralizers of exhaust gases, these hot gases enter the through channels 2 of the converter package 1 and heat its fibers 3 to the temperature of the beginning of the effective catalytic interaction of their surfaces with gaseous hydrocarbons flowing through the through channels 3, while due to turbulization there is an active mixing of the gas components and the intensification of the catalysis process. After heating package 1 (or packages 1, the number of which, in each case, is determined depending on the purpose and throughput of the processing equipment using the converter), hydrocarbons flowing through the through channels 2 of package 1 enter into interaction with oxygen and are oxidized, and the oxides of carbon and nitrogen react with the oxygen of the air in a reduction reaction.

Claims (5)

1. Конвертер, содержащий по крайней мере один пакет с открытой объемной пористостью, образующей сквозные каналы из соединенных в единое целое фибр из жаропрочного и жаростойкого материала, обладающего каталическими свойствами интенсификации физико-химических процессов окисления углеводородов и восстановления окислов в газообразной фазе, отличающийся тем, что фибры выполнены с профилированным поперечным сечением и уложены послойно по схеме свободно опертой фиксированной балки, при этом фибры в каждом слое расположены произвольно и имеют угол разворота a в пространстве каждой фибры, равный 0,15 - 90o, длина L и межосевые расстояния Т между соседними фибрами не превышают 50 - 150 максимальных поперечных размеров Х фибры, причем диаметр d приведенного поперечного сечения каждого сквозного канала равен 0,5 - 20 максимальных поперечных размеров Х фибры, минимальная толщина S пакета составляет 0,5 - 2,0 длины L фибры, а активная рабочая поверхность пакета составляет 0,89 - 0,99 от суммарной поверхности всех фибр.1. A converter containing at least one bag with open bulk porosity, forming through channels of fibers integrated into a single unit from heat-resistant and heat-resistant material, having catalytic properties of intensification of physicochemical processes of hydrocarbon oxidation and reduction of oxides in the gaseous phase, characterized in that the fibers are made with a profiled cross-section and laid in layers according to the scheme of a freely supported fixed beam, while the fibers in each layer are randomly arranged and they have a turning angle a in the space of each fiber equal to 0.15 - 90 o , the length L and the center distance T between adjacent fibers do not exceed 50 - 150 maximum transverse dimensions X of the fiber, and the diameter d of the reduced cross section of each through channel is 0.5 - 20 maximum transverse dimensions X fiber, the minimum thickness S of the package is 0.5 - 2.0 length L of the fiber, and the active working surface of the package is 0.89 - 0.99 of the total surface of all fibers. 2. Конвертер по п.1, отличающийся тем, что пакет фибр выполнен со сквозными каналами, размер поперечного сечения которых определяется по формуле
Figure 00000003

где d - диаметр приведенного сечения канала;
h - текущий линейный размер пакета;
Н1 - значение одного из линейных размеров (толщины) участка пакета, имеющего заданную пористость;
Hn - значение одного из линейных размеров (толщины) участка пакета порядковым номером n, имеющего заданную пористость;
k - число из диапазона 0 - 1, значение которого выбирается соответственно заданным: скорости потока газов в конвертере и их давлению на входе в конверте и конструктивным особенностям технологического оборудования;
М - коэффициент стыковки смежных участков пакета различной заданной пористости, имеющий произвольное значение, превышающее число, равное 1.2. The converter according to claim 1, characterized in that the fiber package is made with through channels, the cross-sectional size of which is determined by the formula
Figure 00000003

where d is the diameter of the reduced section of the channel;
h is the current linear packet size;
H 1 - the value of one of the linear dimensions (thickness) of the portion of the package having a given porosity;
H n - the value of one of the linear dimensions (thickness) of the package section with serial number n having a given porosity;
k is a number from the range 0 - 1, the value of which is selected according to the given: the gas flow rate in the converter and their pressure at the inlet to the envelope and the design features of the technological equipment;
M is the joining coefficient of adjacent sections of the packet of different predetermined porosity, having an arbitrary value greater than a number equal to 1. 3. Конвертер по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечное сечение фибр выполнено в виде круга. 3. The converter according to claim 1 or 2, characterized in that the cross section of the fibers is made in the form of a circle. 4. Конвертер по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечное сечение фибр выполнено в виде прямоугольника. 4. The converter according to claim 1 or 2, characterized in that the cross section of the fibers is made in the form of a rectangle. 5. Конвертер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что поперечное сечение фибр выполнено в виде лучевой звезды. 5. The converter according to claims 1 and 2, characterized in that the cross section of the fibers is made in the form of a ray star.
RU99107067/06A 1999-04-15 1999-04-15 Converter RU2144160C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99107067/06A RU2144160C1 (en) 1999-04-15 1999-04-15 Converter
PCT/RU2000/000100 WO2000063618A1 (en) 1999-04-15 2000-03-24 Converter
AU34677/00A AU3467700A (en) 1999-04-15 2000-03-24 Converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99107067/06A RU2144160C1 (en) 1999-04-15 1999-04-15 Converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2144160C1 true RU2144160C1 (en) 2000-01-10

Family

ID=20218152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99107067/06A RU2144160C1 (en) 1999-04-15 1999-04-15 Converter

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU3467700A (en)
RU (1) RU2144160C1 (en)
WO (1) WO2000063618A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2700604B1 (en) * 1993-01-15 1995-04-07 Joseph Le Mer Method of manufacturing a gas burner element, element thus obtained, and burner using it.
DE4329195A1 (en) * 1993-08-24 1995-03-02 G & S Waermetec Gmbh Gas heating appliance and method for its operation
RU2062402C1 (en) * 1994-02-24 1996-06-20 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Catalytic heating member

Also Published As

Publication number Publication date
AU3467700A (en) 2000-11-02
WO2000063618A1 (en) 2000-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3055616B1 (en) Pre-mixed fuel burner with perforated flame holder
EP0524736B1 (en) Method and apparatus for controlled reaction in a reaction matrix
Gupta et al. Effect of air preheat temperature and oxygen concentration on flame structure and emission
TWI308628B (en) Method and apparatus to facilitate flameless combustion absent catalyst or high temperature oxident
JP4346450B2 (en) Gas turbine having a combustion chamber for performing flameless oxidation
US5934073A (en) Auxiliary heating for motor vehicles with internal combustion engines
US6887067B2 (en) Catalytically operating burner
CN105899876A (en) Method for operating a combustion system including a perforated flame holder
JPH0247262B2 (en)
RU2144160C1 (en) Converter
CA1147624A (en) Catalytic combustion system with fiber matrix burner
Gupta et al. The effect of air preheat temperature and oxygen concentration in air on the structure of propane air diffusion flames
US5785930A (en) Apparatus for burning a wide variety of fuels in air which produces low levels of nitric oxide and carbon monoxide emissions
WO1998012476A1 (en) Catalytic radiant heater
RU2796831C1 (en) Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent
JP2004524961A (en) Gas phase reactor for reducing the nitrogen oxide content of gas
RU2792608C1 (en) Device for neutralization of toxic components of flue gases without introduction of external reagent
US7086235B2 (en) Cascade ignition of catalytic combustors
JP3732034B2 (en) Hybrid catalytic combustion apparatus and combustion method
RU215634U1 (en) Flue gas cleaning device
RU2264853C1 (en) Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner
CA2107241A1 (en) Apparatus and method for combustion within porous matrix elements
JPH01111161A (en) Combustion device
RU62212U1 (en) INFRARED GAS BURNER
JPS6042248Y2 (en) burner

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050416