BG67592B1

BG67592B1 - Combined filter-and-catalyst device

Info

Publication number: BG67592B1
Application number: BG113310A
Authority: BG
Inventors: Ненко ДЕЛИЙСКИ; Димитров Делийски Ненко
Original assignee: Димитров Делийски Ненко
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2023-11-30
Also published as: BG113310A

Abstract

TThe combined filter-and-catalyst device according to the present invention is designed to capture soot and fine particulate matter from the flue gases released during the combustion of any type of fuel. Said device is maintenance free, does not require any consumables and maintenance, nor any disposal of dust and soot. There is no need to clean soot as soot does not build-up in flue gas pipes. During the combustion of coal in a crucible burner (4), the hot gas stream enters the catalyst bed (13) through a grate (12), raises the temperature of said catalyst and thereby initiates a secondary combustion process. When water vapour is included in the combustion process, the temperature in the catalyst bed (13) reaches 1200 degrees Celsius. All unburned substances, both solid and gaseous, are combusted completely as they flow through said catalyst bed (13). The efficiency of the combustion process is increased by more than 20%, while only fine particulate matter below 32 microg/m3 is detected in the flue gas. Said combined filter-and-catalyst device is versatile and can be applied in all combustion systems – from domestic heating stoves to industrial combustion plants. The use of said device can significantly reduce the size of the combustion chambers of incinerators without compromising their functionality, significantly improve the environmental characteristics of flue gases released by coal- or oil-fired heat and power plants, and increase the efficiency of such plants.

Description

ФИЛТЪР - КАТАЛИЗАТОРFILTER - CATALYST

Област на техникатаField of technique

Филтър - катализатора е устройство предназначено да спре отделянето на сажди и фини прахови частици от горивни камери и съоръжения използващи твърди течни и газообразни горива.Filter - the catalyst is a device designed to stop the release of soot and fine dust particles from combustion chambers and equipment using solid liquid and gaseous fuels.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

В практиката са известни няколко вида филтри за пречистване на димни тазове: водни, карбонови, като най-разпространени са електростатичните. Всички те са свързани с различни видове консумативи, електроенергия и депониране на отделените вещества при филтрацията. Тяхната ефективност е силно зависима от температурата на димните газове. При измерване на твърдите частици в димните газове преминали през електростатични филтри на- добрите резултати са 50 mg/m³ от 2-3 g/m³ преди пречистването.In practice, several types of filters are known for purifying smoke basins: water, carbon, the most common being electrostatic. All of them are related to different types of consumables, electricity and deposition of the separated substances during filtration. Their efficiency is highly dependent on the flue gas temperature. When measuring solid particles in flue gases passed through electrostatic filters, the best results are 50 mg/m ³ from 2-3 g/m ³ before purification.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задачата на изобретението е да се създаде просто необслужваемо и независещо от никакви консумативи съоръжение спиращо сажди и фини прахови частици от димните газове преминаващи през него.The task of the invention is to create a simple maintenance-free and consumable-free device that stops soot and fine dust particles from the flue gases passing through it.

Тази задача е решена с устройството Филтър катализатор, работещо по метод с BG регистрация № 112737 Метод и устройство за бездимен горивен процес. В горивна камера разделена на две части, долна част оборудвана с тигелна горелка с гориво въглища (или друг вид пелетирано гориво) подавани с шнек и принудително нагнетяване на атмосферен въздух и водна пара, горната част е оборудвана с воден топлообменник, като долната и горна част на горивната камерата са свързани с филтър-катализатора. Горещите газове получени в долната част на горивната камера при изгарянето на въглищата, преминават през филтър катализатора, като изгарят напълно, навлизат в горната част на горивната камера отдавайки температура на топлообменника и излизат през димоотводната тръба. При направените измервания на димните газове на прототип работещ с този метод, се установява наличието само на фини прахови частици в количество под 32 μg/m³, коефициента на полезно действие на съоръжението се увеличава с повече от 20%, причината е попълното изгаряне.This task was solved with the device Filter catalyst, working according to the method with BG registration No. 112737 Method and device for a smokeless combustion process. In a combustion chamber divided into two parts, the lower part is equipped with a crucible burner with coal fuel (or other type of pellet fuel) fed by screw and forced injection of atmospheric air and water vapor, the upper part is equipped with a water heat exchanger, as the lower and upper part of the combustion chamber are connected to the filter-catalyst. The hot gases obtained in the lower part of the combustion chamber during the burning of the coal pass through the filter catalyst, burning completely, enter the upper part of the combustion chamber giving temperature to the heat exchanger and exit through the flue pipe. When measuring the flue gases of a prototype operating with this method, the presence of only fine dust particles in an amount below 32 μg/m ³ was found, the efficiency factor of the facility increased by more than 20%, the reason being more complete combustion.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

На фигура 1 е показана горивна камера работеща с филтър-катализатор.Figure 1 shows a combustion chamber operating with a filter-catalyst.

На фигура 2 е показан филтър-катализатор работещ с охладени димни газове.Figure 2 shows a filter-catalyst operating with cooled flue gases.

На фигура 3 е показана конструкция на филтър-катализатор работещ в хоризонтален димоотвод.Figure 3 shows a construction of a filter-catalyst operating in a horizontal flue.

Пример за изпълнение на изобретениетоExample of implementation of the invention

На фигура 1 е показана горивна камера работеща с филтър-катализатор състояща се от следните елементи: горивна камера 1, изработена от метал и изолирана отвътре от термоизолационен материал 2 шамотни тухли, термоизолационна преграда 3, изработена от вермикулит разделяща горивна камера 1 на долна камера 1.1 и горна камера 1.2, в камера 1.1 е монтирана чугунена тигелна горелка 4 с гориво въглища (или друг вид пелетирано гориво) подавани през тръбно тяло 5 чрез шнек, по тръбно тяло 6 се нагнетява атмосферен въздух, над горелка 4 е монтирана дюза 7 за подаване на водна пара, в долната част на камера 1.1 се намира контейнер 8 за отпадък 9 от горенето. В камера 1.2 е поставен плосък с едностранно нагряване воден топлообменник 10, разположен по външните стени на камера 1.2, в отвор на термоизолационна преграда 3 е монтиран корпус 11 на филтър-катализатора. Формата на напречното сечение на корпус 11 и неговата височина се определят от конструктивните особености на горивна камера 1. Корпус 11 е изработен от чугун или друг вид топлоустойчив материал. В долната час на корпус 11 е монтирана скара 12 от чугунени пръти, върху скара 12 е поставен катализиращ слой 13, състоящ се от парчета скална маса с произволна форма, над корпус 11 е монтирана термоустойчива плоча 14 изработена от чугун, с борд по периферията в долната си час за насочване на топлите газове от катализиращ слой 13. В горната час на камера 1.2 е монтирана тръба 15 за изгорялите газове.Figure 1 shows a combustion chamber operating with a filter-catalyst consisting of the following elements: combustion chamber 1, made of metal and insulated from the inside by heat-insulating material 2 fireclay bricks, heat-insulating barrier 3, made of vermiculite separating combustion chamber 1 into a lower chamber 1.1 and upper chamber 1.2, in chamber 1.1 a cast iron crucible burner 4 is installed with coal fuel (or another type of pelletized fuel) supplied through a pipe body 5 through an auger, atmospheric air is forced through the pipe body 6, a nozzle 7 is installed above the burner 4 for supply of water vapor, in the lower part of the chamber 1.1 there is a container 8 for waste 9 from the combustion. A flat water heat exchanger 10 with one-sided heating is placed in the chamber 1.2, located on the outer walls of the chamber 1.2, the housing 11 of the filter-catalyst is mounted in the opening of the thermal insulation barrier 3. The shape of the cross-section of the housing 11 and its height are determined by the design features of the combustion chamber 1. The housing 11 is made of cast iron or another type of heat-resistant material. At the bottom of the housing 11, a grill 12 made of cast iron rods is installed, on the grill 12 is placed a catalyzing layer 13, consisting of pieces of rock mass of arbitrary shape, above the housing 11 is installed a heat-resistant plate 14 made of cast iron, with a border along the periphery in its lower hour for directing the warm gases from the catalytic layer 13. In the upper hour of chamber 1.2, a pipe 15 for the burnt gases is installed.

На фигура 2 е показан филтър-катализатор работещ с охладени димни газове. Той е монтиран в магистралата на димни газове и е оборудван с газова горелка 16, в близост до скара 12.Figure 2 shows a filter-catalyst operating with cooled flue gases. It is installed in the flue gas highway and is equipped with a gas burner 16, near the grill 12.

На фигура 3 е показана конструкция на филтър-катализатор работещ в хоризонтален димоотвод. В този вариант корпус 11 е монтиран хоризонтално и катализиращ слой 13 е поставен между две вертикални скари 12 и 12.1, в близост до скара 12 е монтирана газова горелка 16.Figure 3 shows a construction of a filter-catalyst operating in a horizontal flue. In this variant, the casing 11 is installed horizontally and the catalytic layer 13 is placed between two vertical grills 12 and 12.1, near the grill 12 a gas burner 16 is installed.

Използване на изобретениетоUse of the invention

Филтър-катализатора, показан на фигура 1 работи по следния начин: през тръбно тяло 5 чрез шнек се подават въглища (или друг вид пелетирано гориво) към тигелна горелка 4, по тръбно тяло 6 се нагнетява атмосферен въздух в зоната на горене, цялата горивна камера 1 е под налягане определящо се от въздушния поток подаван по тръбно тяло 6. Газовете отделени при горенето се насочват към скара 12 и навлизат в катализиращ слой 13, като повишават неговата температура. При температура над 650°С в катализиращ слой 13, започва вторично горене при което изгарят всички твърди частици носени от газовия поток отделян при горенето на въглищата (или друг вид пелетирано гориво) в тигелна горелка 4, при достигане на температура 600°С в долна камера 1.1, по дюза 7 се подава водна пара с температура 400 - 450°С при което в ядрото на катализиращ слой 13 температурата достига 1200°С и ефективността на горивния процес нараства с повече от 20%. Топлите газове излизащи от катализиращ слой 13, достигат до долната част на термоустойчива плоча 14, тя намалява тяхната скорост и ги насочва към стените на воден топлообменник 10, охладените газове напускат камера 1.2 през тръба 15 за изгорели газове.The filter-catalyst, shown in figure 1, works as follows: coal (or another type of pellet fuel) is supplied to the crucible burner 4 through pipe body 5 through an auger, atmospheric air is injected into the combustion zone through pipe body 6, the entire combustion chamber 1 is under pressure determined by the air flow supplied through pipe body 6. The gases released during combustion are directed to the grill 12 and enter the catalytic layer 13, raising its temperature. At a temperature above 650°C in the catalytic layer 13, secondary combustion begins, during which all solid particles carried by the gas flow released during the combustion of coal (or other type of pelletized fuel) in the crucible burner 4 are burned, upon reaching a temperature of 600°C in the lower chamber 1.1, water vapor with a temperature of 400 - 450°C is supplied through the nozzle 7, whereby in the core of the catalytic layer 13 the temperature reaches 1200°C and the efficiency of the combustion process increases by more than 20%. The hot gases leaving the catalytic layer 13 reach the lower part of the heat-resistant plate 14, it reduces their speed and directs them to the walls of the water heat exchanger 10, the cooled gases leave the chamber 1.2 through the flue gas pipe 15.

На фигура 2 е показан вариант за използване на филтър -катализатора, когато температурата на димните газове е по-ниска от 650°С и в катализиращ слой 13 не може да се предизвика вторично горене на твърдите частици. Тогава се използва допълнително загряване на катализиращ слой 13 с газова горелка 16, или друг източник на топлина, докато започне процес на вторично горене в катализиращ слой 13, ако температурата на постъпващите във филтър-катализатора димни газове е над 650°C и количеството на прахови частици е над 20 g/m³, то вторичното горене в катализиращ слой 13 се самоподдържа. Ако вторичното горене в катализиращ слой 13 не се самоподдържа, то трябва да има непрекъснато подгряване с газова горелка 16, или друг източник на топлина.Figure 2 shows a variant for using the filter-catalyst when the temperature of the flue gases is lower than 650°C and in the catalytic layer 13 secondary combustion of the solid particles cannot be caused. Then additional heating of the catalytic layer 13 with a gas burner 16 or another heat source is used until a secondary combustion process starts in the catalytic layer 13 if the temperature of the flue gases entering the filter-catalyst is above 650°C and the amount of dust particles is above 20 g/m ³ , the secondary combustion in the catalytic layer 13 is self-sustaining. If the secondary combustion in the catalyst bed 13 is not self-sustaining, it must be continuously heated by a gas burner 16 or other heat source.

На фигура 3 е показана конструкция на филтър -катализатор работещ в хоризонтален димоотвод. В този вариант катализиращ слой 13 е поставен между две вертикални скари 12 и 12.1 от двете страни на корпус 11. Димните газове навлизат през скара 12 в катализиращ слой 13 и в процеса на вторично горене изгарят твърдите частици в димните газове и през скара 12.1 излизат от филтър-катализатора. Ако температурата на димните газове е под 650°С и не може да започне процес на вторично горене, катализиращ слой 13 трябва да се подгрява с газова горелка 16 или друг източник на топлина. Ако процеса на вторично горене не може да се самоподдържа подгряването трябва да е постоянно.Figure 3 shows a construction of a filter-catalyst operating in a horizontal flue. In this variant, a catalytic layer 13 is placed between two vertical grates 12 and 12.1 on both sides of the housing 11. The flue gases enter through the grate 12 into the catalytic layer 13 and in the process of secondary combustion they burn the solid particles in the flue gases and through the grate 12.1 they exit from the filter-catalyst. If the temperature of the flue gases is below 650°C and the secondary combustion process cannot start, the catalytic layer 13 must be heated with a gas burner 16 or another heat source. If the secondary combustion process cannot be self-sustaining, the heating must be constant.

Claims

A filter-catalyst consisting of a housing, with a grill installed in the lower part of the housing, characterized in that a catalytic layer (13) is placed on the grill (12), the housing (11) is installed in an opening of a thermal insulation partition ( 3), a heat-resistant plate (14) is mounted above the body (11), a steam nozzle (7) is mounted above the crucible burner (4) under the grill (12)

A filter-catalyst consisting of a housing, characterized in that the housing (11) is installed in a horizontal flue and the catalytic layer (13) is placed between the grate (12) and the grate (12.1), mounted vertically, and in an opening a gas burner (16) is installed through thermal insulation material (2) next to the grill (12)