УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ЗАГАЗОВАННОСТИ И ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
DEVICE TO PURIFY AIR FROM GAS POLLUTION AND SOLID PARTICLES

Предлагаемое изобретение относится к устройствам очистки воздуха в продуктах сгорания дизельных и газовых электростанций от загазованности и твердых частиц, в частности к фильтрам каталитически сорбционного класса.
Известно «Устройство очистки воздуха от кислотных и щелочных аэрозолей», содержащее горизонтальную камеру с входным и выходным патрубками, внутри которой съемная фильтрующая кассета, ороситель и поддон для сбора жидкой среды, а входные и выходные патрубки выполнены в виде диффузора и конфузора и снабжены шиберами (патент SU 1672790 А1, 15.06.1993).
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание фильтра для широкого диапазона загрязнителей, содержащихся в продуктах сгорания дизельных и газовых электростанций.
Устройство очистки воздуха от загазованности и твердых частиц, содержащее корпус камеры очистки воздуха, крышку, диффузор, конфузор, емкость с встроенным насосом оборотной подачи воды в гидрораспределитель, фильтрующие кассеты, отличающееся тем, что в камере очистки воздуха, имеющей двойное дно с наклоном для стока избыточной влаги и снабженной форсунками для распыления подаваемой воды на мелкодисперсный аэрозоли, установлен фильтр тонкой очистки, выполненный в виде фильтрующих картриджей для очистки воздуха от инородных частиц, ряда картриджей с набором углеродных каталитически активных тканей с различной геометрией вязки, различной проницаемостью и различной каталитической активностью с увлажнением углеродных тканей и картриджей хемосорбционных материалов, выполняющих роль ионообменных смол для доочистки и химической сорбции остаточных продуктов катализа, установленных в определенном последовательном порядке с расстоянием между ними от 35 до 50 мм в зависимости от вида фильтрующего материала и имеющие зазоры между собой, относящиеся к толщине каждого последующего картриджа не менее чем 2:1 для уменьшения температуры очистки.
Технический результат состоит в создании фильтра каталитически сорбционного класса от твердых частиц (сажи) - не менее 85% и газообразных соединений монооксида углерода, суммарных окислов азота, углеводородов, сернистого ангидрида, меркаптанов, акролеина, формальдегида - до годичных значений предельно допустимых выбросов, содержащихся в продуктах сгорания дизельных и газовых электростанций мощностью до 2300 кВт.
Это достигается тем, что фильтр снабжен фильтрующими кассетами для грубой и тонкой очистки, расположенными в корпусе камеры очистки воздуха, кассеты для грубой очистки оснащены мелкоячеистой нержавеющей сеткой для снижения линейной скорости и температуры выхлопных газов и равномерного распределения газов по рабочему полю фильтрующей камеры; кассеты для тонкой очистки оснащены фильтрующими углеродными каталитически активными с различной геометрией вязки материалами и хемосорбционными анионо- и катионообменными материалами и соединением с емкостью с встроенным насосом и гидрораспределителем для подачи оборотной воды для увлажнения тканых материалов кассет через коллектор с форсунками, обеспечившими непрерывную высокую каталитическую активность фильтрующих тканых материалов; обработка горячим паром позволила восстановить большое количество химически связанного кислорода в виде гидроксидных, карбоксильных, лактоновых и других функциональных групп; этот связанный в различные функциональные группы кислород при данных условиях вступает в химические реакции с органическими и неорганическими соединениями, окисляя их до максимальных степеней окисления; между фильтрующими материалами образуется равновесная структура, а избыток кислорода обеспечивает каталитическую активность, окисление токсичных примесей и очистку от солей тяжелых металлов, органических и неорганических соединений, монооксида углерода, суммарных окислов азота, углеводородов сернистого ангидрида, меркаптанов, акролеина, формальдегида до предельных значений и очистку от твердых частиц.
Картриджи с углеродными каталитически активными с различной геометрией вязки материалами и хемосорбционными ионо- и катионообменными материалами установлены в определенном последовательном порядке в фильтрующих кассетах; расстояние между ними от 35 до 50 мм в зависимости от вида фильтрующего материала и имеющие зазоры между собой, относящиеся к толщине каждого последующего картриджа не менее чем 2:1 для уменьшения температуры очистки; зазоры между картриджами с фильтровальными материалами создают оптимальные условия каталитического окисления и сорбции неорганических и органических соединений при соотношении двойного зазора между картриджами, т.е. при рабочей толщине (N) зазор должен составлять не менее чем с (2N). Этот технологический прием получил название «метод интегрального дросселирования газового потока».
Состав устройства иллюстрируется чертежом рис.1.
Устройство очистки воздуха от загазованности и твердых частиц представляет собой комбинированную модульную фильтр-систему, состоящую из герметичной камеры (поз.1) с крышкой (поз.2) с фильтрующими кассетами, конфузором (поз.3) и диффузором (поз.4).
Устройство оснащено емкостью объемом от 200 до 500 литров (поз.5) с встроенным насосом для подачи воды в гидрораспределитель (поз.6) и гидрораспределителем (поз.7) для подачи оборотной воды для увлажнения фильтровального материала кассет; снабжено трубами для подачи воды в коллекторы (поз.9) с форсунками для распыления подаваемой воды, трубой для слива воды из фильтр-ситемы (поз.10) и трубой для оборотной подачи воды в гидрораспределитель (поз.12) и устанавливается, с учетом месторасположения дизельной электростанции, на эстакаде (поз.8).
Фильтрующие кассеты (поз.11) оснащены картриджами с фильтровальными материалами:
мелкоячеистой металлической сеткой для очистки от твердых частиц (сажи), снижения линейной скорости и температуры выхлопных газов и для равномерного распределения газового потока по рабочему полю фильтрующей кассеты.;
углеродными тканями, обладающими высокими каталитическими и сорбционными свойствами;
хемосорбционными анионо- и катионообменными материалами, обеспечивающими финишную очистку выхлопных газов.
Общее количество картриджей в камере, устанавливаемых в зависимости от степени загазованности выхлопных газов и требуемой эффективности очистки, может быть от 6 до 8.
Устройство работает следующим образом.
Запуск устройства очистки воздуха от загазованности и твердых частиц осуществляется одновременно с дизельной электростанцией и включением насоса для увлажнения фильтровальных материалов картриджей.
Выхлопные газы из дизельной электростанции поступают в устройство при температуре 450-550 градусов по Цельсию и содержат твердые частицы (механические примеси), органические и неорганические вещества.
В устройстве осуществляется четырех каскадная очистка:
1) металлический фильтр;
2) углеродный сетчатый тканный каталитически активный материал с увлажнением;
3) хемосорбционный анионообменный и углеродный сетчатый тканный каталитически активный материал;
4) хемосорбционный катионообменный материал.
В фильтре грубой очистки (специальный диффузор с мелкоячеистой металлической сеткой) происходит значительное снижение температуры выхлопных газов и удаляются твердые частицы размером до 0,5 мм.
Газовый поток с более низкой температурой и извлеченными механическими частицами попадает на углеродный материал, который орошается водой. При данных условиях газовый поток еще охлаждается (до 250-300 градусов Цельсия) и в углеродном материале раскрываются частично те микропоры, которые активно взаимодействуют с органическими и неорганическими веществами, находящимися в газовом потоке. В данном случае углеродный сетчатый тканный каталитически активный материал имеет очень развитую поверхность (реакционная поверхность составляет около 500 кв. см/куб. см), на которой присутствует огромное количество химически связанного кислорода в виде гидроксидных, карбоксильных, лактоновых и других функциональных групп. Этот связанный в различные функциональные группы кислород при данных условиях вступает в химические реакции с органическими и неорганическими соединениями, окисляя их до максимальных степеней окисления.
Следует отметить, что увлажнение углеродного материала создает оптимальные условия для процесса каталитического окисления газовых выбросов, так как водяной пар является активным окисляющим реагентом в технологических процессах активации углеродных материалов.
Окисленные органические и неорганические соединения, находящиеся в увлажненном газовом потоке, подаются на хемосорбционный материал. Здесь происходит химическая сорбция неорганических соединений, способствующая значительному снижению концентрации в газовом потоке. Следующий слой углеродного сетчатого тканного каталитически активного материала активно сорбирует органические соединения, большинство из которых находится в окисленной форме.
2
1
19
В конечном газовом потоке отмечено значительное снижение концентраций NOx, CO, SO, углеводородов C-C, акролеина, твердых частиц - до годичных значений предельно допустимых выбросов за счет создания условий каталитического окисления и сорбции неорганических и органических веществ.
Устройство применяется для семи видов дизельных электростанций с двигателями мощностью от 5 до 15 кВт, 15-40 кВт, 40-150 кВт, 150-450 кВт, 450-750 кВт, 750-1500 кВт, 1500-2300 кВт.
Для дизельных электростанций с двигателями мощностью от 750 до 900 кВт, 900-1500 кВт, 1500-2300 кВт устройство применяется в виде двух равнозначных модулей.
Эффективность очистки выхлопных газов от загрязняющих веществ: двуокиси азота, окиси азота, окиси углерода, углеводородов, формальдегида, акролеина, содержащихся в продуктах сгорания дизельных электростанций, составляет не менее 85%.
Устройство очистки воздуха от загазованности и твердых частиц наиболее эффективно в работе при скорости выхлопных газов от 0,2-1 м/сек и их температуре 250 градусов по Цельсию, в связи с чем в устройстве предусмотрено дросселирование газового потока с целью обеспечения вышеуказанных скоростей и снижения температуры. При дросселировании газового потока между картриджами с фильтровальными материалами (с различной проницаемостью) создаются зоны с различной температурой, влажностью и давлением, способствующие максимальной эффективности фильтровальных материалов.
Расход воды на увлажнение кассет - от 0,16 до 0,85 л/мин (в зависимости от типа устройства).
Опыт эксплуатации устройства позволил установить длительность эксплуатации картриджей из углеродного сетчатого тканного каталитически активного материала - 1100 часов и картриджей из хемосорбционного анионо- и катионообменного материала - 500 часов до первого планово предупредительного ремонта.
Источник информации
Патент SU 1672790 А1, 15.06.1993 «Устройство очистки воздуха от кислотных и щелочных аэрозолей».