КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ВОДОРОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ НА АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
HYDROGEN RECOIL FOR CATALYTICAL COMBUSTION OF PROCESS GAS HYDROGEN AT NUCLEAR POWER STATION

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к конструкции контактного аппарата для каталитического сжигания водорода на атомной электростанции.
Известны конструкции контактных аппаратов для каталитического сжигания водорода технологических газов, например, приведенные в книге Ю.В. Чечеткина, Е.К. Якшина, В.М. Ещеркина «Очистка радиоактивных газообразных отходов АЭС» - М.: Энергоатомиздат, - 1986, с.135-139.
Наиболее близким по конструкции является контактный аппарат, приведенный на рис. 3.18, с.138 данной книги, который выбран в качестве прототипа. Контактный аппарат для каталитического сжигания водорода технологических газов на атомной электростанции содержит наружный корпус с днищами и патрубками, с трубопроводами для подвода и отвода газовой смеси, внутренний корпус (корзину) с днищами, к одному из которых по трубопроводу подается газовая смесь, а второе выполнено с отверстиями для выхода газовой смеси после каталитического сжигания водорода на катализаторе, находящегося в нем, нагреватель, нагревающий наружный корпус в районе нахождения катализатора во внутреннем корпусе, и термопару, измеряющую температуру катализатора.
Недостатком указанного контактного аппарата для каталитического сжигания водорода технологических газов является наличие между днищами корпусов контактного аппарата свободного объема, где возможно образование концентрационной смеси взрыва водорода и кислорода, сложность поддержания необходимой температуры подогретого трубопровода подвода газовой смеси, наличие диффузии водорода через стенки внутреннего корпуса контактного аппарата, недостаточная управляемость процессом.
В основу настоящего изобретения положена задача повышения качества очистки технологических газов на АЭС, а именно повышение эффективности, безопасности и надежности очистки.
В основу настоящего изобретения поставлена задача обеспечения надежного обогрева наружного корпуса контактного аппарата для обеспечения надежного разогрева катализатора, находящегося во внутреннем корпусе (корзине) до необходимой для его работы температуры и с подогревом патрубка подвода газовой смеси в контактный аппарат, обеспечения надежного удержания достигнутой температуры катализатором, максимального снижения свободного объема внутри контактного аппарата, где возможно образование концентрированной смеси взрыва водорода и кислорода, обеспечения надежного управления температурным процессом в контактном аппарате при подготовке его к работе.
При использовании предлагаемого изобретения возможны, в частности, следующие технические результаты:
- улучшенный обогрев верхнего и нижнего днищ контактного аппарата;
- повышение надежности работы нагревателей;
- уменьшение свободного объема между днищами;.
- снижение диффузии водорода через стенки внутреннего корпуса контактного аппарата;
- улучшение управления процессом.
Как решение поставленной задачи, позволяющей достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается применение, трубчатых нагревателей, обогревающих корпус по всей длине вместе с днищем и патрубком подачи газовой смеси и обеспечивающих надежный разогрев до рабочей температуры катализатора, находящегося во внутреннем корпусе (корзине) через зазор между наружным и внутренним корпусами контактного аппарата.
Целесообразно количество нагревателей, выбранное с запасом по мощности, разбить на группы таким образом, чтобы выход из строя одной группы позволял контактному аппарату продолжить работу.
Целесообразно наружный корпус с его нагревателем и патрубок трубопровода подвода газовой смеси окружить теплоизоляцией для поддержания необходимой температуры подогретого трубопровода подвода газовой смеси.
Целесообразно для снижения возможности образования концентрационной смеси взрыва водорода с кислородом убрать свободный объем между днищами за счет соединения вплотную внутреннего и наружного корпусов контактного аппарата наверху аппарата, где возможно образование концентрационной смеси взрыва водорода и кислорода, способствующего резкому возрастанию давления при взрыве и еще большему давлению при детонации гремучей смеси.
Целесообразно для надежного управления температурными процессами в контактном аппарате и управления режимами сжигания водорода установить не одну термопару измерения температуры катализатора, а дополнительно установить термопару измерения температуры корпуса контактного аппарата.
Целесообразно для снижения возможности образования концентрационной смеси взрыва водорода с кислородом внутреннюю поверхность внутреннего корпуса покрывать водородозадерживающим покрытием, которое будет препятствовать проникновению водорода из газовой смеси в свободное пространство и способствовать более полному его сгоранию на катализаторе.
Технические результаты достигаются следующим образом:
- применение трубчатых нагревателей, обогревающих наружный корпус контактного аппарата по всей длине, обеспечивает за счет теплопроводности улучшение обогрева верхних и нижних днищ контактного аппарата и патрубков с трубопроводом подвода газовой смеси;
- разбивка выбранного количества нагревателей с запасом по мощности в группы таким образом, что выход из строя одной группы позволяет контактному аппарату продолжать работу, повышая надежность работы нагревателей;
- смещение верхнего днища внутреннего корпуса контактного аппарата вплотную к верхнему днищу наружного корпуса обеспечивает уменьшение (ликвидацию) свободного объема между днищами;
- введение на внутренней поверхности внутреннего корпуса контактного аппарата водородозадерживающего покрытия обеспечивает снижение диффузии водорода через стенки внутреннего корпуса контактного аппарата;
- установка теплоизоляции, закрывающей боковую поверхность, аппарата, оба днища контактного аппарата с трубопроводом подвода газовой смеси; наличие термопар для измерения температуры катализатора и наружного корпуса контактного аппарата для системы управления температурным процессом и режимами сжигания водорода, обеспечивают улучшение управления процессом.
Заявляемое изобретение, в частном случае реализации, поясняется следующими чертежами, представленными на фиг.1-3:
фиг.1 - разрез контактного аппарата и его окружения;
фиг 2 - установка термометра сопротивления измерения температуры катализатора;
фиг.3 - установка термометра сопротивления измерения температуры корпуса.
Контактный аппарат для каталитического сжигания водорода технологических газов на атомной электростанции представляет собой корпус 1 с верхним 4 и нижним 14 эллиптическими днищами, внутри которого находится внутренний корпус (корзина) 2 с верхним 5 и нижним 15 эллиптическими днищами, причем верхнее днище 5 внутреннего корпуса (корзины) 2 установлено вплотную к верхнему днищу 4 наружного корпуса 1.
Внутри внутреннего корпуса 2 расположен катализатор 3. Изнутри внутренний корпус 2 покрыт водородозадерживающим покрытием 11, снижающим диффузию водорода через стенки внутреннего корпуса контактного аппарата.
На верхнем днище наружного корпуса 1 расположен патрубок 7 с трубопроводом подвода газовой смеси. Наружный корпус 1 с эллиптическими днищами окружен трубчатыми электронагревателями 6. Боковая поверхность контактного аппарата вместе с электронагревателями 6 окружена теплоизоляцией 8, теплоизоляцией верхнего днища 9 и теплоизоляцией нижнего днища 16, патрубок с трубопроводом подвода газовой смеси 7 окружен теплоизоляцией 10.
Внутри катализатора 3 температуру измеряют термометром сопротивления 12, температуру корпуса измеряют термометром сопротивления 13.
По центральной оси контактного аппарата выполнено запорное устройство 17.
Контактный аппарат работает следующим образом:
Работа начинается с включения электронагревателей 6. Разогревается катализатор 3 до рабочих температур (120-140)°C. Контроль ведется по термометру сопротивления 12. В таком состоянии контактный аппарат находится до поступления газовой смеси. Газовая смесь поступает через патрубок 7. Температура газовой смеси должна быть в пределах (120-140)°C. На катализаторе 3 начинается каталитическое сжигание водорода. Температура катализатора и газовой смеси растет и с температурой примерно 350°C газовая смесь покидает контактный аппарат. В этот момент электронагреватели 6 выключаются. Каталитическое сжигание водорода продолжается без их участия. Термометры сопротивления используются для контроля заданной температуры в зоне реакции. Регулирование температуры осуществляется изменением концентрации составляющих элементов газовой смеси в зависимости от измеряемой температуры.
В установке сжигания водорода на АЭС имеется два контактных аппарата. Второй контактный аппарат нагрет, находится в режиме ожидания и готов к работе в любой момент времени при наличии каких-либо неисправностей первого.
Запорное устройство 17 необходимо для замены катализатора в контактном аппарате.