RU2033574C1

RU2033574C1 - Device for catalytic afterburning of exhaust gas

Info

Publication number: RU2033574C1
Application number: RU93019463A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: industrial ecology. SUBSTANCE: device has at least one afterburning chamber 1 whose inner surface is coated with layer of catalyst 2, screw swirler 3 mounted at inlet of chamber 1 and infra-red radiation source 4 located along axis of chamber 1 whose surface is coated with catalyst film 6 made in form of tape wound at pitch exceeding tape width over continuous helical surface; direction of winding of helical surface is opposite to direction of winding of screw swirler. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для дожига выбросных газов термокаталитическим способом и может быть использовано в промышленной экологии и в процессе сушки пищевых продуктов топочными газами. The invention relates to a device for burning off exhaust gases by a thermocatalytic method and can be used in industrial ecology and in the process of drying food products with flue gases.

Известно устройство для каталитического дожига газовых выбросов, содержащее камеру, внутренняя поверхность которой покрыта катализатором, установленный на входе в камеру винтовой завихритель и источник инфракрасного излучения, расположенный вдоль оси камеры. A device for catalytic afterburning of gas emissions containing a chamber, the inner surface of which is coated with a catalyst, is installed at the inlet of the chamber a screw swirl and a source of infrared radiation located along the axis of the chamber.

Это устройство обладает большим временем прохода газового потока по камере, что повышает вероятность дожига токсичных примесей, но имеет узкий спектр активирующего изучения, что делает дожиг селективным и снижает надежность очистки газового выброса. This device has a long transit time of the gas stream through the chamber, which increases the likelihood of burning toxic impurities, but has a narrow spectrum of activating studies, which makes selective afterburning and reduces the reliability of cleaning gas emissions.

В предлагаемом устройстве для каталитического дожига газовых выбросов, содержащем по меньшей мере одну камеру, внутренняя поверхность которой покрыта катализатором, установленный на входе в камеру винтовой завихритель и источник инфракрасного излучения, расположенный вдоль оси камеры, часть поверхности источника инфракрасного излучения покрыта пленкой катализатора, расположенной полосой по непрерывной винтовой линии, направление навивки которой противоположно направлению закручивания винтового завихрителя. Это позволяет получить инфракрасное активирующее излучение в нескольких диапазонах длин волн, что расширяет технологические возможности устройства за счет увеличения количества активируемых и окисляемых токсичных веществ, а также увеличить частоту смены интервалов длин волн активирующего излучения за счет сокращения пути газового потока через зоны излучения покрытых и непокрытых катализатором участков источника инфракрасного излучения и развить поверхность катализатора, сократив длину пробега молекул токсичных веществ до контакта с катализатором и вероятность их пребывания в активированном состоянии, что повышает надежность работы устройства. In the proposed device for catalytic afterburning of gas emissions, containing at least one chamber, the inner surface of which is coated with a catalyst, a screw swirl installed at the inlet of the chamber and an infrared radiation source located along the axis of the chamber, a part of the surface of the infrared radiation source is coated with a catalyst film located in the strip along a continuous helix, the direction of winding of which is opposite to the direction of twisting of the screw swirl. This makes it possible to obtain infrared activating radiation in several wavelength ranges, which extends the technological capabilities of the device by increasing the number of activated and oxidizable toxic substances, as well as increasing the frequency of changing intervals of wavelengths of activating radiation by reducing the path of the gas flow through the emission zones coated and not covered by the catalyst sections of the source of infrared radiation and develop the surface of the catalyst, reducing the mean free path of molecules of toxic substances to contact the one with the catalyst and the probability of their stay in the activated state, which increases the reliability of the device.

В предпочтительном варианте винтовая линия выполнена многозаходной. Это увеличивает частоту чередования диапазонов длин волн активирующего излучения и вероятность окисления токсичных веществ. In a preferred embodiment, the helix is multi-start. This increases the frequency of alternating wavelength ranges of activating radiation and the likelihood of oxidation of toxic substances.

В другом предпочтительном варианте ширина полосы равна половине шага винтовой линии. Это выравнивает количественно дозы активирующего излучения в различных диапазонах длин волн, что выравнивает вероятность окисления различных токсичных компонентов газового выброса и повышает надежность его очистки. In another preferred embodiment, the strip width is equal to half the helix pitch. This quantitatively equalizes the dose of activating radiation in different wavelength ranges, which evens out the likelihood of oxidation of various toxic components of the gas emission and increases the reliability of its cleaning.

В наиболее предпочтительном варианте угол подъема винтовой линии выполнен равным дополнительному углу к углу закручивания винтового завихрителя. Это позволяет достичь максимальную частоту чередования диапазонов длин волн активирующего излучения и получить максимальную вероятность окисления токсичных веществ газового выброса. In the most preferred embodiment, the helix elevation angle is made equal to an additional angle to the twist angle of the helical swirl. This allows you to achieve the maximum frequency of alternating wavelength ranges of activating radiation and to obtain the maximum likelihood of oxidation of toxic substances of gas emission.

На фиг. 1 показано однокамерное устройство в разрезе; на фиг. 2 многокамерное устройство в разрезе; на фиг. 3 изображен источник инфракрасного излучения с однозаходной винтовой поверхностью ленты катализатора; на фиг. 4 он же с многозаходной винтовой поверхностью ленты. In FIG. 1 shows a single-chamber device in section; in FIG. 2 sectional multi-chamber device; in FIG. 3 shows a source of infrared radiation with a single helical surface of the catalyst ribbon; in FIG. 4 it is with a multiple screw surface of the tape.

Устройство для каталитического дожига газовых выбросов содержит (фиг. 1) камеру 1, внутренняя поверхность которой покрыта пленкой 2 катализатора, установленный на входе в камеру 1 винтовой завихритель 3 и источник 4 инфракрасного излучения, соединенный с источником 5 тока и покрытый пленкой 6 катализатора в виде ленты, намотанной с шагом, большим ширины ленты, по непрерывной винтовой поверхности, направление навивки которой противоположно направлению закручивания винтового завихрителя. Камеры 1 могут быть установлены (фиг. 2) в любом количестве в общем корпусе 7. Источники 4 инфракрасного излучения могут быть выполнены с однозаходной (фиг. 3) или многозаходной (фиг. 4) винтовой поверхностью ленты 6 катализатора. Ширина S ленты катализатора может быть выполненной равной половине шага Р винтовой поверхности, сумма углов подъема винтовых поверхностей ленты и завихрителя равен 90^о.A device for catalytic afterburning of gas emissions contains (Fig. 1) a chamber 1, the inner surface of which is coated with a catalyst film 2, a screw swirler 3 and an infrared radiation source 4 connected to a current source 5 and coated with a catalyst film 6 in the form a tape wound with a step greater than the width of the tape along a continuous helical surface, the direction of winding of which is opposite to the direction of twisting of the screw swirl. The cameras 1 can be installed (Fig. 2) in any quantity in a common housing 7. Sources 4 of infrared radiation can be made with a single-pass (Fig. 3) or multiple-pass (Fig. 4) screw surface of the catalyst tape 6. The width S of the catalyst tape can be made equal to half the pitch P of the screw surface, the sum of the elevation angles of the screw surfaces of the tape and swirl is 90 ^about .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Газовый выброс, или продукты сгорания топлива подают в камеру 1 или несколько камер 1, установленных в общем корпусе 7. Газовый поток на входе в камеру 1 закручивается винтовым завихрителем 3 и движется вдоль оси камеры в виде закрученного по спирали потока. Источник 4 инфракрасного излучения под действием тока от источника 5 излучает энергию в различных диапазонах длин волн инфракрасного спектра в частях поверхности, покрытых и не покрытых пленкой 6 катализатора. Газовый поток, направление закручивания которого, заданное завихрителем 3, противоположно направлению навивки винтовой линии пленки 6 катализатора на поверхности источника 4 инфракрасного излучения, пересекает с высокой частотой зоны излучения с различными спектрами длин волн. Частота пересечения тем больше, чем больше заходность винтовой линии, по которой нанесена пленка катализатора на источник 4 инфракрасного излучения, и чем ближе угол подъема винтовой поверхности к дополнительному углу к углу закручивания винтового завихрителя 3, поскольку в случае равенства этих углов газовый поток пересекает зоны различного спектра излучения перпендикулярно, т.е. по кратчайшему пути. Проходя через зону облучения, молекулы различных токсичных веществ активируются квантами соответствующего спектра излучения. При контакте активированных молекул токсичных веществ с катализаторными пленками 2 и 6 происходит их окисление до воды и углекислого газа, безвредных для организма человека. Вероятность активации молекул различных токсичных веществ прямо пропорциональна общей длине зоны облучения соответствующего спектра инфракрасного излучения, поэтому для равновероятностного окисления всех токсичных веществ в предлагаемом устройстве целесообразно ширину ленты пленки 6 катализатора на поверхности источника 4 инфракрасного излучения выполнять равной половине шага винтовой поверхности для обеспечения равенства площадей излучения в различных спектрах длин волн. Поскольку активированные молекулы токсичных веществ без контакта с катализатором имеют возможность перехода в равновесное состояние без окисления в данном устройстве целесообразно увеличение частоты пересечения газовым потоком зон с различными спектрами излучения с целью обеспечения проскока активированных молекул токсичных веществ через зоны с несоответствующим спектром излучения их энергии активации за время меньше времени перехода в равновесное состояние. Для этого целесообразно пересечение зон излучения перпендикулярно по кратчайшему пути, что обеспечивается выполнением соотношения угла подъема винтовой поверхности и угла закручивания завихрителя 3 как дополнительных друг к другу, и выполнение наименьшего шага винтовой поверхности при увеличении заходного при большом значении хода. Таким образом достигаются максимальная вероятность поддержания молекул различных веществ токсичных составляющих газового потока в активированном состоянии на всей длине камеры 1 и максимальная вероятность их окисления на катализаторе пленок 2 и 6. После окисления токсичных веществ до безвредных газовый поток выводится из камеры 1 и в случае очистки выбросных газов экологически вредных производств сбрасываемых в атмосферу или при использовании топочных газов для сушки пищевых продуктов подается в камеру сушильного устройства для контакта с пищевым продуктом. Gas emission, or fuel combustion products, is supplied to chamber 1 or several chambers 1 installed in a common housing 7. The gas stream at the inlet to chamber 1 is twisted by a screw swirler 3 and moves along the chamber axis in the form of a spiral swirled stream. The infrared source 4 under the influence of current from the source 5 emits energy in different wavelength ranges of the infrared spectrum in parts of the surface, coated and not covered by the film 6 of the catalyst. The gas stream, the swirling direction of which is set by the swirl 3, is opposite to the direction of winding of the helical line of the catalyst film 6 on the surface of the infrared radiation source 4, crosses with a high frequency the radiation zones with different wavelength spectra. The intersection frequency is the greater, the greater the helical line, along which the catalyst film is applied to the infrared source 4, and the closer the angle of elevation of the helical surface to the additional angle to the twist angle of the screw swirler 3, because if these angles are equal, the gas flow crosses zones of different radiation spectrum perpendicularly, i.e. on the shortest path. Passing through the irradiation zone, molecules of various toxic substances are activated by quanta of the corresponding radiation spectrum. When activated molecules of toxic substances come in contact with catalyst films 2 and 6, they are oxidized to water and carbon dioxide, which are harmless to the human body. The probability of activation of molecules of various toxic substances is directly proportional to the total length of the irradiation zone of the corresponding infrared spectrum, therefore, for the equally probable oxidation of all toxic substances in the proposed device, it is advisable to perform the width of the catalyst film 6 on the surface of the infrared radiation source 4 to be equal to half the pitch of the helical surface to ensure equal radiation areas in various spectra of wavelengths. Since activated molecules of toxic substances without contact with the catalyst have the possibility of transitioning to an equilibrium state without oxidation in this device, it is advisable to increase the frequency of the gas stream crossing zones with different emission spectra in order to ensure the passage of activated molecules of toxic substances through zones with an inappropriate emission spectrum of their activation energy over time less time for transition to equilibrium. To this end, it is advisable to intersect the radiation zones perpendicularly along the shortest path, which is ensured by the ratio of the elevation angle of the helical surface and the twist angle of the swirl 3 as complementary to each other, and the smallest step of the helical surface with an increase in the lead-in with a large stroke value. Thus, the maximum probability of maintaining the molecules of various substances of the toxic components of the gas stream in the activated state over the entire length of chamber 1 and the maximum probability of their oxidation on the catalyst of films 2 and 6 are achieved. After the toxic substances are oxidized to harmless, the gas stream is removed from chamber 1 in the case of exhaust of gases of environmentally harmful production discharged into the atmosphere or when using flue gases for drying food products is supplied to the chamber of the drying device to control act with the food product.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью очистки газовых выбросов за счет увеличения вероятности полного окисления всех их токсичных составляющих. Thus, the proposed device has increased reliability of cleaning gas emissions by increasing the likelihood of complete oxidation of all their toxic components.

Claims

1. DEVICE FOR CATALYTIC GAS EMISSIONS, containing at least one afterburner, the inner surface of which is coated with a catalyst, a screw swirl mounted at the entrance to the specified chamber, an infrared radiation source located along the axis of the chamber, characterized in that part of the infrared radiation source coated with a catalyst film made in the form of a tape wound in increments greater than the width of the tape, on a continuous helical surface, the direction of winding of which is opposite to detecting twist helical swirler.

2. The device according to claim 1, characterized in that the helical surface of the tape is multi-starting.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the width of the helical surface of the tape along the longitudinal axis is equal to half the pitch of the helical surface.

4. The device according to paragraphs. 1 3, characterized in that the sum of the elevation angles of the helical surfaces of the tape and swirl equal to 90 ^o .