NO300562B1 - Katalytisk forbrenningsapparat - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et katalytisk forbrenningsapparat, og mer nøyaktig et NOx-lavforbrenningsapparat med et sylindrisk hus som definerer en fluidpassaje og et antall forbrenningskatalysator-hoveddeler anordnet mot hverandre i fluidstrømningsretningen, gjennom det sylindriske huset, og som definerer flere boringer som strekker seg i fluidstrøm-ningsretningen.

Sett i forbindelse med den økende miljøforurensning ved NOx som slippes ut fra forbrenningsutstyr, er det et behov for midler til å oppnå en drastisk reduksjon i NOx produsert i forbrenningsprosesser. Ett slikt NOx-reduseringsmiddel er en for-blandet katalytisk forbrenningsmetode som benytter forbrenningskatalysatorer i bikubeform med mange boringer som strekker seg i væskestrøm-retningen. Denne metoden er kjent for å sikre stabil forbrenning ved 1100 til 1300°C, mens den drastisk reduserer NOx-genereringen. Studier er gjort på mulighetene for å benytte dette trekket som middel for å realisere en ekstremt lav NOx-generering i gassturbiner. Studier er også utført hva angår dens bruk som middel for etterbrenning av et eksos-drivstoff og luftblanding fra drivstoff celler. Videre studier er gjort med hensyn til anvend-else derav, for kjeler og brennere som benyttes i industrien.

W0 89/02516 omhandler en fremgangsmåte for behandling av avgasser fra en forbrenningsprosess. I denne fremgangsmåten inngår det en katalysatoranordning. Katalysatoren består av flere bikubelementer (55, 56, 57) i et sylindrisk omliggende hus (50). Mellom disse elementene er det sveiset fast avstandsstykker (52) til dette huset for å forhindre at elementene skal forskyves seg i lengderetningen av katalysatoren. Se spesielt side 23, linje 12 - linje 24, samt fig. 3. Forbrenningskatalysatorlegemer med denne type konstruksjon medfører et problem idet katalysatorhoveddelene ikke kan utvide seg eller trekke seg fritt sammen ved temperaturforandringer. Resultatet er at disse kan ødelegges ved termisk spenning. Videre omhandler U.S. 4.758.410 et apparat hvor endeflatene til katalysatorlegemene er spent fast ved et kontinuerlig dekkelement.

En forbrenningskatalysator i plateform har blitt utvik-let til nå, som innbefatter et sjeldent metall, slik som palladium eller platinium, støttet av et cordieritt-bikubefundament gjennom et beleggsmateriale slik som alumini-um. Cordieritt bikube-fundamentet er et materiale som oppnår en betydelig lav termisk utvidelseskoeffisient i størrelses-orden 1,4 x 10"<6>/°C. Dette bikube-fundamentet er imidlertid fortalt å ha en maksimal arbeidstemperatur ved 1400°C, og har således sin bruks-begrensning. Katalysatoren som har denne konstruksjonen, påtreffer en svekkelse i aktivitet ved temperaturer over 1000°C. Dette er på grunn av en reduksjon i spesifikt overflateareal forårsaket ved fordampning av det sjeldne metallet og sintring av beleggsmateriale.

Slik som forholdene er, har oppfinnerne foreslått et katalytisk forbrenningsapparat som anvender en palladium/ cordieritt forbrenningskatalysator i et oppstrømstrinn med lav temperatur, og en mangan-erstattet laminær aluminat-katalysator i et høytemperatur mellomliggende-til-nedstrøms-trinn. Den mangan-erstattede laminære aluminat-katalysator har et smeltepunkt ved 1600°C eller over. Denne katalysatoren har således en egenskap ved å forbli høyaktiv selv ved 1300°C, med stort spesifikt overflateareal opprettholdt over en lang tidsperiode.

I den konvensjonelle konstruksjonen er hver katalysator-hoveddel formet til en plate som dekker et fullstendig sek-sjonsareale normalt til fluidstrømretningen, med periferikanter derav bundet til et sylindrisk hus. Et antall av slike katalysatorhoveddeler er anordnet ved intervaller i retningen av fluidstrømmen. Disse intervallene tjener til å begrense tykkelsen av hver katalysator-hoveddel, og å begrense temperaturforskjeller i retning av dets tykkelse, og derved å undertrykke termisk spenning. Intervallene er videre effektive for å hemme en økning i motstand mot gass-strømmer på grunn av forskyvning eller ikke-innretting blant boringene formet i katalysator-hoveddelene.

Imidlertid, der hvor forbrenningskatalysator-hoveddelene er festet til det sylindriske huset med periferikantene bundet dertil, kan ikke katalysator-hoveddelene utvide seg eller trekke seg fritt sammen ved temperaturforandringer. Katalysator-hoveddelene kan således ødelegges ved termisk

spenning som resultat derav.

Et forsøk, som vist i fig. 14, har blitt gjort for å løse det ovennevnte problem. Det illustrerte apparat innbefatter forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 som har periferikanter like motstående et sylindrisk hus 3 uten å være bundet dertil. For eksempel er et ringformet metall-avstandsstykke 9 er plassert mellom et tilstøtende par katalysator-hoveddeler 5 for å sikre en avstand derimellom for frigjøring av termisk spenning. Med denne konstruksjonen føres imidlertid et fluidtrykk påført en oppstrøms katalysator-hoveddel 5 over til en neste katalysator-hoveddel 5 gjennom avstandsstykket 9 derimellom. Dette oppstår suksessivt fra oppstrøms til nedstrøms inntil den endelige katalysator-hoveddel 5 utsettes for en stor konsentrasjon av krefter som kan ødelegge denne katalysator-hoveddel 5. Dessuten har temperaturvariasjoner en tendens til å oppstå mellom partier av katalysator-hoveddelene 5 som kontakter metall-avstandsstykkene 9 og deler som er uten kontakt med avstandsstykkene 9. Slike temperaturforskjeller kan fremme ødeleggelse på katalysator-hoveddelene 5.

Videre er en økt forbrenningskapasitet nødvendig for at forbrenningskatalysatoren for den høye temperaturen, bedre kan tilpasses for praktiske formål. For å øke mengden av gassbehandling ved forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 uten å svekke deres evne ved lavere NOx-nivå, må katalysator-hoveddelene ha økte arealer. I dette tilfellet er det imidlertid en uunngåelig størrelsesbegrensning i å forme en integrert bikube-konstruksjon samtidig med å opprettholde dimensjonell presisjon og styrke. For eksempel er en høy grad av aktivitet påkrevd i tillegg til styrke. Hvor en forbrenningskatalysator-hoveddel er påkrevd å ha i det minste 200 celler pr. 6,5 cm<2> (kvadrattomme), er en størrelse på omkring 200 mm i diameter eller 200 mm i firkant antatt å være dens begrensning.

Studier som er gjort hittil for å oppnå en øket kapasitet, innbefatter f.eks. en metode hvor små katalytiske forbrenningsapparater fremstilles og forbindes i parallell for å forme en sammenstilling av multippel- (parallell-) typen, og en fremgangsmåte hvor et antall av bikube-katalysatorsegmenter som har en størrelse som ikke overskrider en størrelse svarende til 20 0 mm i diameter, er forbundet eller bundet sammen for å øke seksjonsarealene.

Imidlertid har den tidligere sammenstilling av multippel-typen av katalytiske forbrenningsapparater forbundet i parallell, en stor og komplisert total konstruksjon som er kostbar å fremstille og vanskelig å vedlikeholde. Således er en slik sammenstilling vanskelig gjennomførbar.

Den sistnevnte bindingsmetoden benytter et materiale forskjellig fra forbrennningskatalysatoren for bindingsfor-mål. Siden forbrenningskatalysatoren benyttes ved temperaturer som overskrider 10 00°C, har en fast (sammenhengende) fasereaksjon mellom de to forskjellige materialer en tendens til å skape en forringelse av skjøtene. Katalysator-segmentene kan forbindes ved å benytte et liknende materiale, med de fordelene at den faste fasereaksjonen mellom materialene kan undertrykkes, og at materialene har den samme koeffisient for termisk ekspansjon. Det er imidlertid vanskelig å forme skjøter med en tykkelse som svarer til den til celleveggene. Jo lengre bindingsoverflaten er, desto mindre enhetlig blir den mekaniske styrken og tempe-raturfordelingen på grunn av uregelmessigheter i tykkelse. Dette øker problemet ved at sprekker har en tendens til å formes i området tilstøtende skjøtene. Dette problemet er alvorlig, spesielt med mangan-erstattende laminær aluminat-katalysator som har en større koeffisient for termisk ekspansjon, 6-8 x 10"<6>/°C, enn cordieritt bikube-forbrenningskatalysatoren, og som utsettes for en termisk spenning mange ganger den til sistnevnte katalysator.

Bikube-katalysatoren kan også ødelegges ved en spen-ningskonsentrasjon på grunn av en forskjell i termisk ekspan-sjonskoeffisient, varmekonduksjon eller mekanisk styrke mellom det metalliske avstandsstykket og bikube-katalysatoren .

Et mål med den fremlagte oppfinnelse er å tilveiebringe et forbedret katalytisk forbrenningsapparat med ett katalytisk forbrenningskammer med stor diameter for å bearbeide en stor mengde gass uten å svekke den katalytiske ytelse for å oppnå et lavt NOx-nivå, hvilket apparat reduserer en spen-nings -akkumulering i forbrenningskatalysatoren på grunn av termisk forringelse og liknende, unngår en konsentrasjon av fluid-trykk på partier til forbrenningskatalysatoren nær en nedstrømsende, og hindrer deformasjoner og sprekker i katalysatoren selv hvor katalysatoren er en bikube-katalysator med en lav mekanisk styrke, og hvor katalysatoren benyttes under arbeidsforhold med høy temperatur.

Det ovennevnte mål oppnås, ifølge den fremlagte oppfinnelse, ved et katalytisk forbrenningsapparat omfattende: et sylindrisk hus som danner en fluidpassasje, nevnte sylindriske hus innbefatter et flertall av bevegelige støttesylind-re aksielt og suksessivt anordnet i nevnte sylindriske hus;

et flertall av forbrennings-katalysatorlegemer tverrgående anbrakt i nevnte sylindriske hus og som danner flere boringer som strekker seg langs nevnte fluidpassasje, hvor nevnte forbrenningskatalysatorlegemer er løst tilpasset i nevnte sylindriske hus for å tillate termisk ekspansjon og sammentrekning av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer; og

et flertall av klemmer i nevnte sylindriske hus som strekker seg tverrgående til nevnte fluidpassasje og henholdsvis kontakter endeoverflater til nevnte forbrenningskatalysatorlegemer for å forhindre aksial bevegelse av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer langs nevnte fluidpassasje, kjennetegnet ved at nevnte klemmer omfatter broelementer med ender derav løst tilpasset i spor formet i nevnte støttesy-lindre, hvor nevnte broelementer er støttet av nevnte støtte-sylindre og anbrakt ved et flertall aksielle posisjoner på nevnte sylindriske hus. Ytterligere kjennetegnede trekk ifølge foreliggende oppfinnelse er utdypet i kravene 2-7.

Den fremlagte oppfinnelse har de følgende funksjoner og effekter.

Forbrenningskatalysator-hoveddelene er løst satt inn i det sylindriske huset, og holderne festet til det sylindriske huset kontakter endeoverflåtene til forbrenningskatalysator-hoveddelene med hensyn til fluidpassasjen for å hindre bevegelse av forbrenningskatalysator-hoveddelene i retning av deres tykkelse. Forbrenningskatalysator-hoveddelene har periferikanter som er fri for fastspenningsvirkning, og tillater termisk utvidelse og sammentrekning. Følgelig er forbrenningskatalysator-hoveddelene lite utsatt for termisk spenning.

Et fluidtrykk som påføres forbrenningskatalysator-hoveddelene oppstår ved holderne som holder katalysator-hoveddelene. Dette er forskjellig fra den tidligere kjente konstruksjon i hvilken metallavstandsstykkene så vel som katalysator-hoveddelene er løst festet i det sylindriske huset, slik at fluidtrykkene som påføres oppstrøms til katalysator-hoveddelene suksessivt tilføres nedstrøms-katalysator-hoveddelene gjennom metallavstandsstykkene. Den fremlagte oppfinnelse eliminerer således risikoen for at den endelige (siste) forbrenningskatalysator-hoveddelen ødelegges ved en stor konsentrasjon av krefter som erfares i den tidligere kjente teknikk.

Holderne kan bare støtte f.eks. et antall av periferi-posisjonene til forbrenningskatalysator-hoveddelene. Dette begrenser muligheten for ødeleggelse på grunn av den ovennevnte årsak, og tilrettelegger således en viss diametrisk forlengelse. Der hvor holderne innbefatter katalysator-støtter for å støtte radielt sentrale partier av forbrennings-katalysator-hoveddelene, har katalysator-hoveddelene begrensninger i sin størrelse som lett kan kombineres for å realisere betydelige forstørrede seksjonsarealer, idet ødeleggelse av katalysator-hoveddelene unngås. Store forbrenningskatalysator-hoveddeler, hver av hvilke kan ikke formes integrert (men en mengde av støpbare forbrenningskatalysator-hoveddeler er kombinert i en plateform), tilpasses i et tilhørende stort sylindrisk hus. For eksempel kan hver katalysator innbefatte et antall av sektorformede segmenter formet adskilt og anordnet på et plan normalt til fluidpassasjen for å utgjøre en sirkulær hoveddel. Disse segmenter kan anordnes tilstøtende hverandre og løst tilpasses i det sylindriske huset med stor diameter uten å benytte et klebemiddel.

I dette tilfellet kan holderne bestå av broelementer som strekker seg mellom et antall posisjoner av det sylindriske huset. Slike holdere kan lett formes med katalysator-støtter, som videre tilrettelegger en diametrisk forstørrelse

av forbrenningskatalysator-hoveddelene.

Holderne kan løst tilpasses ved ender derav i spor formet i et antall av det sylindriske husets posisjoner som støttes av det sylindriske huset. Denne konstruksjonen tilrettelegger for termisk ekspansjon og sammentrekning av holderne. Følgelig kan holderne formes av f.eks. keramikk uten mulighet for ødeleggelse på grunn av at termisk spenning i og for seg oppstår i holderne.

I den tidligere kjente teknikk er rommene mellom tilstø-tende par av forbrenningskatalysator-hoveddeler sikret ved å benytte et klebemiddel eller metallavstandsstykker. I den fremlagte oppfinnelse er disse rommene sikret ved hjelp av holdere. Disse rommene hindrer en øket motstand mot fluid-strømmer på grunn av forskyvningen mellom boringer formet i forbrenningskatalysator-hoveddelene. I tillegg kan holderne støtte forbrenningskatalysator-hoveddelene på en måte for å tillate en termisk ekspansjon av katalysator-hoveddelene, og derved å unngå at termisk spenning oppstår deri. Dette tilrettelegger forebyggelse av skade på forbrenningskatalysator-hoveddelene ved termisk spenning. Denne konstruksjonen kan også forhindre muligheten for at den endelige forbrenningskatalysator-hoveddelen ødelegges ved en stor konsentrasjon av krefter som forårsakes av fluidtrykk som påføres oppstrøms-katalysator-hoveddelene, som suksessivt tilføres nedstrøms-katalysator-hoveddelene gjennom metall-avstandsstykker.

Holderne kan støtte, på en måte for å tillate termisk ekspansjon dg unngå termisk spenning, store katalysator-hoveddeler som hver er formet av et antall segmenter forbundet gjennom relativt små bindinger eller gjensidige kontakt-overflater, eller ganske enkelt plassert i kontakt uten å bruke et klebemiddel. Det vil si at selv for installasjon i et forbrenningsapparat med større kapasitet, kan hver forbrenningskatalysator-hoveddel formes av relativt små segmenter. Sammenlignet med en stor integrert forbrenningskatalysator-hoveddel, har hvert segment en liten ekspansjonsgrad for den samme ekspansjons-koeffisienten. Dette reduserer også muligheten for ødeleggelse på grunn av termisk spenning.

Den fremlagte oppfinnelse tilveiebringer følgelig et katalytisk forbrenningsapparat som er i stand til å behandle en stor mengde gass ved å øke diameteren til det sylindriske huset, uten å svekke den katalytiske ytelse for å oppnå et lavt NOx-nivå. Dette apparatet unngår også ødeleggelse som gjøres på forbrenningskatalysator-hoveddelene ved å redusere en stresskonsentrasjon på grunn av termisk distorsjon og liknende, selv om katalysator-hoveddelene f.eks. har en bikube-konstruksjon med lav mekanisk styrke.

De foregående og andre mål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende, mer detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som illustrert i de vedføyde tegninger.

Fig. 1 er et riss i aksialsnitt av et katalytisk forbrenningsapparat i forbindelse med den fremlagte oppfinnelse,

fig. 2 (a) og (b) er henholdsvis et tverrsnitt og et fragmentarisk vertikalt snitt av et katalytisk forbrennings-apparat i en annen utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3 (a) og (b) er henholdsvis et tverrsnitt og et fragmentarisk vertikalsnitt av et katalytisk forbrenningsapparat i en ytterligere utførelse av oppfinnelsen,

fig. 4 er et vertikalsnitt av et katalytisk forbrenningsapparat i enda en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 5 er et perspektivriss av et parti av det katalytiske forbrenningsapparatet i fig. 4,

fig. 6 er en perspektivisk splitt-tegning av et parti av det katalytiske forbrenningsapparatet vist i fig. 4,

fig. 7 er et perspektivriss av et parti av et katalytisk forbrenningsapparat i enda en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 8 er et perspektivriss av et parti av et katalytisk forbrenningsapparat i ytterligere en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 9 (a) til og med (d) er riss som viser seksjonsformer av mellomliggende rom og holdere til katalytiske forbrenningsapparater i ytterligere utførelser,

fig. 10 (a) til og med (f) er riss som viser kombinasjoner av forbrenningskatalysator-segmenter til katalytiske forbrenningsapparater i ytterligere utførelser,

fig. 11 (a) til og med (d) er riss som viser forholdene mellom utforminger og cellenettverk til forbrenningskatalysator-segmenter av katalytiske forbrenningsapparater i ytterligere andre utførelser,

fig. 12 er et riss som viser en støttesylinder av deltypen til et katalytisk forbrenningsapparat i enda en utførelse,

fig. 13 er et riss som viser et forhold mellom broelementer og cellenettverk til et katalytisk forbrenningsapparat i en ytterligere utførelse, og

fig. 14 er et vertikalsnitt av et konvensjonelt katalytisk forbrenningsapparat.

Katalytiske forbrenningsapparater ifølge den fremlagte oppfinnelse vil bli beskrevet i detalj med referanse til tegningene.

Fig. 1 viser et aksialt snitt av et katalytisk forbrenningsapparat . Dette katalytiske forbrenningsapparat innbefatter et forvarmende forbrenningskammer 1, et forbrenningskammer 2 for mager gassblanding, et katalytisk forbrenningskammer 300 definert ved et sylindrisk hus 3, og en forbrenningsgass-utslippseksjon 4 anordnet i den nevnte rekkefølge langs en forbrenningsgass-passasje. Det sylindriske huset 3 inneholder et antall skiveformede forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 anordnet mot hverandre langs passa-sjen derigjennom. Hver katalysator-hoveddel 5 er formet av en bikube-katalysator og definerer et antall boringer som strekker seg i retningen av dens tykkelse. Det sylindriske huset 3 innbefatter en sylindrisk indre ramme 7 formet ved å presse sammen en høytempera-tur-motstandsdyktig keramisk fiber og en sylindrisk ytre ramme 8 formet av stål for å virke som forsterkning. Hver forbrenningskatalysator-hoveddel 5 er løst festet i det sylindriske huset 3. Det sylindriske huset 3 har et antall boltformede opptakselementer Sl som strekker seg gjennom den sylindriske indre rammen . 7 inn i dets innvendige, for å virke som holdere S for forbrenningskatalysator-hoveddelene 5. Holderne S kontakter endeoverflåtene til forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 for å holde katalysator-hoveddelene 5 ubevegelig i retning av deres tykkelse.

Den sylindriske ytre stålrammen 8 definerer et innløps-endeplan 3 01 og et utløpsendeplan 3 02 til det katalytiske forbrenningskammeret 3 00, så vel som en ytre periferivegg 3 03 til forbrenningskammeret 300. Den sylindriske indre ramme 7 virker som en indre rammedel for å støtte forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 anordnet i forskjellige posisjoner i retningen av gass-strømmen.

Det sylindriske huset 3 har videre gitter S2 festet til motstående ender derav for å støtte vesentlig hele områder av forbrenningskatalysator-hoveddelene 5, for å forebygge mulighet for at katalysator-hoveddelene 5 blåses av.

Koplingselementene Sl og gitteret S2 er formet av et silikonkarbid-keramisk materiale.

Den ovennevnte konstruksjon er i stand til å støtte et antall forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 på en måte som tillater en termisk ekspansjon derav, hvorved katalysator-hoveddelene 5 er beskyttet fra ødeleggelse på grunn av termisk spenning. Videre er forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 utsatt for fluidtrykk på en annerledes måte enn tidligere kjent teknikk. Det vil si at et fluidtrykk påført til en oppstrøms katalysator-hoveddel 5 ikke føres over til en neste katalysator-hoveddel gjennom et metallisk avstandsstykke derimellom. Det er ingen mulighet for progressivt å øke belastninger som faller på nedstrøms katalysator-hoveddeler 5. Apparatet ifølge den fremlagte oppfinnelse er fri fra den lokale varmeforringelse som ofte erfares ved bruk av metall-avstandsstykker som i den tidligere kjente teknikk.

Dette apparatet er også lett tilpassbart for en økning i diameter.

Andre utførelser vil bli beskrevet heretter.

Fig. 2 (a) og (b) viser et tverrsnitt av et fragmentarisk vertikalsnitt av et katalytisk forbrenningsapparat innbefattende katalysator-hoveddeler 5 med stor diameter løst festet i et sylindrisk hus 3 formet av en sylindrisk indre ramme 7 og en sylindrisk ytre stålramme 8. Hver forbrenningskatalysator-hoveddel 5 innbefatter fire sektorformede segmenter delt i retninger normalt til gasspassasjen, og anordnet tilstøtende hverandre for å forme en sirkel uten å benytte et klebemiddel. Hver forbrenningskatalysator-hoveddel

5 er støttet ved det sylindriske huset 3 gjennom et antall boltformede holdere S (Sl), som strekker seg radielt innover fra det sylindriske huset 3 og kontakter periferi-endeflater til forbrennings-katalysatorhoveddel 5 for å holde katalysator-hoveddel 5 ubevegelig i retningen av dens tykkelse. Referanse "M" i tegningene angir radielle mellomliggende avstandsstykker formet av keramikk og som hver deler et ringformet indre, radielt og periferisk. De mellomliggende avstandsstykker M er klemt fast radielt ved holderne S (Sl)

for å kontakte de mellomliggende posisjonene av forbrenningskatalysator-hoveddelene 5, og derved å sikre et rom mellom et tilstøtende par av katalysator-hoveddeler 5. Denne konstruksjonen tilrettelegger videre diametrisk forstørrelse av

forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 og det sylindriske huset 3. Fig. 3 (a) og (b) viser et tverrsnitt og et fragmentarisk vertikalsnitt av et katalytisk forbrenningsapparat i en ytterligere utførelse. Dette apparatet innbefatter også forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 med stor diameter løst festet i et sylindrisk hus 3 formet av en sylindrisk indre ramme 7 og en sylindrisk ytre stålramme 8. Som vist i fig. 3 (a) er hver forbrenningskatalysator-hoveddel 5 formet av et skiveformet segment og åtte sektorformede segmenter anordnet nær hverandre og rundt det skiveformede segment, for å forme en stor skive som en helhet uten å benytte et klebemiddel. Som i konstruksjonen vist i fig. 2, har det sylindriske huset 3 støt-klapp-liknende opptakselementer som stikker frem innover for å virke som holdere S. Et radielt mellomliggende avstandsstykke M, er som i den foregående utførelse, anbrakt mellom et tilstøtende par forbrenningskatalysator-hoveddeler 5. Det mellomliggende avstandsstykke M har radiell slakk istedenfor å være klemt av holderne S. Belastningene som påføres de periferiske områder av forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 oppstår ved holderne S som kontakter de periferiske områder. Belastningene som påføres til de sentrale områder av katalysator-hoveddelene 5 overføres gjennom mellomliggende avstandsstykker M til de periferiske områder av nedstrøms-forbrenningskatalysator-hoveddelene 5. Fig. 4 viser et vertikalsnitt av en ytterligere utførel-se. Forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 med stor diameter er løst festet i et sylindrisk hus 3. Det sylindriske huset 3 innbefatter et antall støttesylindere 3a anordnet aksielt derav for å utgjøre en indre ramme, en varmeisolator 3b viklet rundt den indre rammen, og en forsterknings-stålplate 3c som dekker varmeisolatoren 3b for å virke som en ytre ramme. Hver støttesylinder 3a innbefatter et parti 30 med en stor diameter og et parti 32 med liten diameter formet på aksielt motsatte ender derav, og en tykk veggdel 31 formet mellom partiet 3 0 med stor diameter og partiet 32 med liten diameter. Den tykke veggdelen 31 har en innvendig diameter lik den utvendig diameter til partiet 32 med liten diameter, og en utvendig diameter lik den utvendig diameter til partiet 3 0 med stor diameter. Støttesylinderne 3a er sammensatt med det store diameter-partiet 30 til én bæresylinder 3a, som tilrettelegger for det lille diameter-partiet 32 til den andre. Som vist i perspektiv i fig. 5, avtegner det lille diameter-partiet 32 spor 33 for å løst motta broelementer S5 (som virker som holdere S) som strekker seg parallelt til

hverandre. Hvert broelement S5 strekker seg mellom motstående spor 33 for å være termisk ekspanderbare og sammentrekkba-re. Hver forbrenningskatalysator-hoveddel 5 er løst festet i det tykke vegg-partiet 31. Som vist i splitt-perspektiv i

fig. 6, har hver støttesylinder 3a elementene S5 som strekker seg med rette vinkler til broelementene S5 til den neste støttesylinder 3a, for å kontakte hver forbrenningskatalysator-hoveddel 5 og for å hindre bevegelse derav, i retning av dens tykkelsen. Disse støttesylindre 3a er sammenbundet for å utgjøre et hovedparti av det katalytiske forbrenningsapparatet som vist i fig. 4. Sentrale deler av broelementene S5 virker som katalysator-støtter for å bære radielt mellomliggende partier av forbrenningskatalysator-hoveddelene 5.

Broelementene S5 som har katalysator-støttene i konstruksjonen vist i fig. 4, kan modifiseres til å ha en radiell utforming som vist i fig. 7 eller ha en gitterform som vist i fig. 8.

Seksjonsformer av mellomliggende avstandsstykker M som vist i fig. 2 og 3 og holderne S eller broelementer S5 som vist i fig. 4 til og med 8, vil bli beskrevet heretter. Disse komponentene kan ha minimale områder som kontakter forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 for ikke å lukke boringene som definerer cellene til katalysator-hoveddelene 5, hvilket vil føre til ødeleggelse på grunn av temperaturforskjeller innen katalysator-hoveddelene 5. Disse komponentene kan videre være strømlinjet for å ha liten eller ingen influens på gass-strømmer. Spesifikt er deres tverrsnittsut-forming .

Broelementene S5 og sporene 33 kan ha andre tverrsnitts-former som vist i fig. 9.

Tilpasningsmønsterne av forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 vist i fig. 3 og 6 kan modifiseres som vist i fig. 10 (a) til og med (f). For et forstørret forbrenningsapparat foretrekkes mønstrene vist i fig. 10 (b) og (d) for tilretteleggelse av masseproduksjon.

Mønstrene til forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 kan varieres i forhold til retningene i hvilke cellegitterne formes. Som vist i fig. 11, kan katalysator-mønsterne ha omriss som strekker seg i retningene i hvilke cellegitrene formes, eller krysser slike retninger ved 45° eller kan være kombinasjoner av disse. Det er imidlertid foretrukket at omrissene til katalysator-mønstrene har en visst forbindelse med retningen til cellegitrene. Mønsteret vist i fig. 11 (c) har vist seg å produsere de ønskede resultater angående termisk spenning.

Hver av støttesylinderne 3a vist i fig. 4 til og med 8, kan modifiseres for å omfatte en kombinasjon av periferisk oppdelte deler som vist i fig. 12.

I utførelsen vist i fig. 4 til og med 8, er det ønskelig med en spesiell forbindelse mellom retningen, i hvilken cellene er formet i forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 og retningen i hvilken broelementene S5 strekker seg. Som vist i fig. 13, former cellevegger og broelementene S5 en vinkel på 45° derimellom.

Med dette arrangementet har hvert broelement S5 et økt areal for å bære forbrenningskatalysator-hoveddelen 5 og dermed å lette belastningen som oppstår ved celleveggene.

Forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 til bikube-konstruksjonen har små celledimensjoner (omkring 1,5 mm for én side). Hvis broelementene S5 plasseres langs cellerader, vil gassen strømme dårligere gjennom cellene motstående broelementene S5. Imidlertid, med celleradene skråstilt 45°, vil økte. celleåpninger utgjøre liten motstand mot gass-strømmene.

Et eksperiment ble utført ved å benytte en forbrenningskatalysator-hoveddel 5 formet av palladiumcordieritt, 20 mm tykk, og med 200 celler pr. 6,5 cm<2> (1 kvadrattomme); fire forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 formet av lavtemperatur-aktiv, mangan-erstattet heksa-aluminat, 20 mm tykk, og med 300 celler pr. 6,5 cm<2>; og to forbrenningskatalysator-hoveddeler 5 formet av høytemperatur-motstandsdyktig, mangan-erstattet heksa-aluminat, 20 mm tykk, og med 300 celler pr. 6,5 cm<2>. Hver av disse forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 hadde en forstørret konstruksjon med fire segmenter anordnet nær hverandre. Katalysator-hoveddelene 5 var anordnet i rekkefølgen angitt ovenfor, som i fig. 4 til og med 6, og løst tilpasset i et sylindrisk hus for å utgjøre en kassett.

Katalysator-hoveddelene hadde en effektiv diameter på 220 mm.

Denne kassetten ble innlemmet i et katalytisk forbrenningsapparat for en 150 kw gassturbin. Eksperimentet ble startet med en for-brenningstilstand, og så skiftet til en katalytisk forbrenningstilstand. Operasjonen fortsatte i den katalytiske forbrenningstilstanden under en vurdert belast-ningstilstand i 4 timer, og ble så stoppet. Forbrenningskatalysator-hoveddelene var på 1000°C ved starten, og en maksimal temperatur på katalysator-hoveddelene var 12 00°C i den katalytiske forbrenningstilstanden. Starttiden var omkring 2 0 sekunder. Effektiviteten til den katalytiske forbrenningen under den vurderte belastningstilstanden var ikke mindre enn 99%. Eksperimentet ga de resultater at ingen abnormitet oppsto med det utvendige utseendet til katalysator-kassetten, og ingen brister ble observert i noen av katalysator-hoveddelene 5. Det har blitt bevist at katalysator- f orbrenningsapparatet som er i stand til slik katalytisk retensjon, tilstrekkelig motstår hurtig temperaturøkning og -senkning, så vel som den termiske spenning som er et resultat av stasjonær forbrenning.

Hver av forbrenningskatalysator-hoveddelene var formet med fire segmenter av de samme materialene som ovenfor, bundet sammen for å forme en skive med 220 mm i diameter og 20 mm tykkelse. Som vist i fig. 14, ble forbrenningskatalysator-hoveddelene plassert i en indre sylinder 7 formet av et varmeisolerende materiale, med ringformede metallavstandsstykker 9 anbrakt imellom de katalytiske hoveddelene 5. Den indre sylinderen 7 var dekket med en metallisk ytre sylinder 8 for å forme et sylindrisk hus 3 og utgjøre en kassett som i det ovennevnte eksperiment. Denne kassetten ble montert til et katalytisk forbrenningsapparat for å utføre en turbin-kjøringstest.

Testen gav liknende forbrenningsytelse som det ovennevnte eksperiment. Den første forbrenningskatalysator-hoveddelen 5 formet av palladiumcordieritt forble intakt, men alle de andre forbrenningskatalysator-hoveddelene 5 formet av mangan-erstattet heksa-aluminat viste lokale brister i eller tilstøtende skjøtene. Det har således blitt funnet at det katalytiske forbrenningsapparatet ifølge denne katalytiske retensjons-fremgangsmåten svikter for å sikre langtidshold-barhet.

Claims (7)

1. Katalytisk forbrenningsapparat omfattende: et sylindrisk hus (3) som danner en fluidpassasje, nevnte sylindriske hus (3) innbefatter et flertall av bevegelige støttesylindre (3a) aksielt og suksessivt anord-_net i nevnte sylindriske hus (3); et flertall av forbrennings-katalysatorlegemer (5) tverrgående anbrakt i nevnte sylindriske hus (3) og som danner flere boringer som strekker seg langs nevnte fluidpassasje, hvor nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5) er løst tilpasset i nevnte sylindriske hus (3) for å tillate termisk ekspansjon og sammentrekning av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5); og et flertall av klemmer (S) i nevnte sylindriske hus (3) som strekker seg tverrgående til nevnte fluidpassasje og henholdsvis kontakter endeoverflater til nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5) for å forhindre aksial bevegelse av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5) langs nevnte fluidpassasje,karakterisert ved at nevnte klemmer (S) omfatter broelementer (S5) med ender derav løst tilpasset i spor (33) formet i nevnte støttesylindre (3a), hvor nevnte broelementer (S5) er støttet av nevnte støttesylindre (3a) og anbrakt ved et flertall aksielle posisjoner på nevnte sylindriske hus (3) .

2. Katalytisk forbrenningsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte broelementer (S5) omfatter lineære elementer som hver har en ko-net seksjon, hver av nevnte lineære elementer strekker seg tverrgående til nevnte fluidpassasje ved rette vinkler fra nevnte lineære elementer, som er plassert på og tilstøtende en av nevnte bæresylindre (3a).

3. Katalytisk forbrenningsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5) omfatter et flertall deler.

4. Katalytisk forbrenningsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte sylindriske hus (3) innbefatter: en ytre ramme (8) som danner et innløps-endeplan (301) og et utløps-endeplan (302) til et katalytisk forbrenningskammer (300), og en ytre periferisk vegg (303) til nevnte katalytiske forbrenningskammer (300), hvori nevnte bæresylindre (3a) er anordnet langs nevnte fluidpassasje på innsiden av nevnte ytre ramme (8) og mellom nevnte innløps- og endeplan (301) og nevnte utløpsende-plan (302) og hver av nevnte bæresylindre (3a) er holdt på plass langs nevnte fluidpassasje ved en tilstøtende en av nevnte bæresylindre (3a), nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5) er anordnet i nevnte bæresylindre (3a) .

5. Katalytisk forbrenningsapprat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte broelementer innbefatter katalysatorstøtter for oppstøtting av sentrale partier såvel som periferiske områder av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer.

6. Katalytisk forbrenningsapparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte broelementer (S5) strekker seg radielt, og innbefatter nevnte katalytiske støtter (M) for å oppstøtte sentrale partier av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5).

7. Katalytisk forbrenningsapparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte broelementer (S5) er i form av nett og støtter sentrale partier av nevnte forbrenningskatalysatorlegemer (5).