Опыт промышленных и научно-исследовательских проектов

Создание низкоэмиссионных энергетических установок на основе каталитического окисления топлив

Область применения и назначения:
   малая теплоэнергетика;
   экологически чистые малые водогрейные и паровые котлы для бытовых и производственных нужд.

Основные технико-экономические показатели:
   снижение текущих затрат на получение тепловой энергии.

Основные особенности:
   отсутствуют выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;
   низкоэмиссионное каталитическое сжигание газового топлива при коэффициенте избытка воздуха =1,00…1,01;
   возможность утилизации теплоты конденсации водяных паров из дымовых газов.

Как известно, наиболее распространенным способом сжигания газового топлива с целью получения теплоты, является гомогенный процесс окисления топлива кислородом воздуха в гомогенных реакторах, называемых топками. Однако наряду с конструкционной простотой, эти топки имеют ряд существенных недостатков, которые отсутствуют у каталитических топок. Так, при использовании катализатора, горение топлива может протекать в сравнительно небольшом объеме без избытка окислителя, возможности взрыва, недожога, образования сажи, оксидов азота, отсутствует проблема "сжигания" топливных смесей с концентрациями выше и ниже пределов взрываемости и т.д. Единственным недостатком использования катализаторов являются температурные интервалы их работы: нижний – температура зажигания катализатора, и верхний – температура термической дезактивации катализатора.

Так как котел с каталитическим сжиганием топлива не будет иметь выбросов оксидов азота, то в этот экологически чистый котел возможна подача холодной воды с последующей конденсацией водяных паров из дымовых газов. Это позволит снизить удельные затраты топлива на 3-10%. При этом, низкая температура дымовых газов позволит использовать пластмассу для дымохода, дымососа, дымовой трубы и т.д., что позволит снизить массу и стоимость котла. Более того, принципиальная возможность создания газоплотного корпуса (малый размер котла и отсутствие зоны высоких температур) и отсутствие в дымовых газах экологически опасных веществ позволят отказаться от дымососа и использовать только дутьевой вентилятор. Энергетически это более выгодно, т.к. объем дымовых газов больше количества подаваемого воздуха на 10-15%.

График для расчета экономии тепла за счет
снижения температуры дымовых газов печи I риформинга

Расчеты показывают, что, несмотря на несколько большую площадь теплопередачи, для котлов с катализатором возможна более плотная "упаковка" теплообменников. Конструктивно, котел с каталитическим сжиганием будет меньше, чем традиционный котел, возможна унификация его элементов и большая долговечность, т.к. при его работе не возникают высокие температуры. Таким образом, котлы с катализатором могут конкурировать с обычными котлами, а капитальные затраты на создание больших площадей теплопередачи окупятся за счет снижения текущих затрат. Таким образом, котлы с каталитическим сжиганием топлива имеют потенциал показать более высокие технико-экономические и экологические показатели.

Схема малого водогрейного котла с конденсацией

Для использования в котлах с каталитическим сжиганием топлива могут использоваться катализаторы глубокого окисления углеводородов, которые выпускаются как в гранулированном, так и в блочном виде.