УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЕНЕРИРУЮШИХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к области очистки выхлопных газов и предназначена для очистки выхлопных газов приводных двигателей генерирующих установок от оксидов азота (NOx) - самых вредных и трудно удаляемых компонентов выхлопа двигателей. Устройство может найти широкое применение во всех областях, где применяются газоосжигающие тепловые двигатели на углеводородном топливе (поршневые, газотурбинные) в первую очередь в энергетике (газопоршневые и дизельные генераторы, газотурбинные генераторы), а также в автотранспорте.
Известно устройство для очистки выхлопных газов, содержащее цилиндрический фильтр-ионизатор, в котором помещен электрод, выполненный в виде многолучевых лезвий, расположенных по радиусам цилиндрического корпуса-фильтра. При этом межэлектродное расстояние в устройстве постоянно (пат.RU 2078965, F02В 75/10, 1997).
Известно также устройство для очистки воздуха от токсичных примесей, содержащее цилиндрическую корпус-разрядную камеру с помещенным в ее центре электродом, диаметр которого в 30-100 раз меньше диаметра цилиндрического корпуса (Electrostatics, 1993, V 17, N 11, р.64, USA).
Известно устройство для очистки воздуха от токсичных примесей, содержащее цилиндрическую разрядную камеру с помещенным в ее центре электродом, сетку, размещенную между стенками камеры и центральным электродом, источник высокого напряжения, отличающееся тем, что центральный электрод выполнен покрытым слоем диэлектрика с диэлектрической проницаемостью в пределах 3,7-6,0, имеющим отверстия, сетка выполнена из диэлектрика в виде усеченного конуса с углом образующей конуса с центральной осью в пределах 15-35°, а источник высокого напряжения выполнен импульсным (RU 2159665, 2000).
Известно устройство очистки отработанных газов для двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что оно содержит выпускной канал, содержащий катализатор, изгиб, сформированный посредством изгибания части выпускного канала непосредственно перед катализатором и предназначенный для направления отработанных газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания, к угловой части между входной торцевой поверхностью катализатора и частью стенки выпускного канала, которая следует наружу от изгиба, при этом в ходе работы двигателя отработанные газы сталкиваются с угловой частью, увеличивая в ней давление, и клапан впрыска добавки, установленный снаружи от изгиба, причем впрыск добавки осуществляется непосредственно над угловой частью таким образом, что поток добавки отклоняется от оси катализатора к стороне, противоположной стороне, к которой отклоняется поток отработанных газов (RU 2410551, 2010).
Недостатком этих устройств является низкая степень очистки выхлопных газов.
Технический результат, достигаемый в полезной модели, заключается в снижении вредных выбросов выхлопных газов двигателей генерирующих установок, снижении затраты на возведение дымовых труб путем существенного уменьшения их высоты, что позволит улучшить архитектуру ТЭС и города, а также снизить в разы санитарно-защитную зону теплоэлектростанций.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в устройстве для очистки выхлопных газов двигателей генерирующих установок, включающем генератор синтез-газа, продуцирующий смесь монооксида углерода и водорода, выполненный для подключения к источнику метана, выход которого соединен со входом катализатора, выполненного для соединения этим же входом с выходом по выхлопным газам двигателя генерирующей установки.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для очистки выхлопных газов двигателей генерирующих установок, на фиг.2 - генератор синтез-газа, на фиг.3 - катализатор.
Устройство 1 для очистки выхлопных газов двигателей генерирующих установок содержит генератор синтез-газа 2, связанный с входом катализатора 3, подключенного к выходу по выхлопным газам двигателя 4 генерирующей установки. Вход 5 генератора синтез-газа соединен с источником метана, а вход 6 - для соединения с источником воздуха.
Генератор синтез газа содержит смеситель 7, входы 8 и 9 которого соединены через расходомеры 10 и 11 с источниками 12 и 13 метана и воздуха соответственно. Смеситель 7 соединен с установленной в корпусе 14 объемной пористой матрицей 15, в которой происходит горение и образуется синтез-газ, поступающий далее на электрофильтр 16, соединенный с источником 17 высокого напряжения. Электрофильтр связан с теплообменником 18, подключенным к источнику воды 19 через расходомер 20. Электрофильтр позволяет очищать получающийся в процессе синтез-газ от твердых частиц (сажи), а в теплообменнике синтез-газ охлаждается до требуемой температуры. Внутри и снаружи матрицы, на электрофильтре, на теплообменнике и на выходе готового продукта (синтез-газа) установлены датчики температуры 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 соответственно, соединенные с блоком управления 28, позволяющим контролировать и управлять процессом смесеебразования для получения необходимого состава синтез-газа и горения. Кроме того, состав готового продукта контролируется с помощью подключенного к выходу 29 газоанализатора.
Катализатор содержит двойной корпус 30 с входным патрубком 31, каталитически активный сажевый фильтр 32 грубой очистки при входе в циклонный сепаратор, реакторную зону 33 восстановления оксидов азота и окисления оксида углерода и углеводородов, каталитически активный сажевый фильтр тонкой очистки на входе в реакторную зону.
Устройство для очистки выхлопных газов двигателей генерирующих установок работает следующим образом.
2
4
2
2
2
2
Синтез-газ - смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H), в данном случае получаемая в генераторе синтез-газа парциальным окислением метана (СН), т.е. путем сжигания метана с недостатком окислителя (воздуха). Полученный таким образом синтез-газ направляется в каталитический нейтрализатор выхлопных газов на базе на базе наноструктурной матрицы со специальным покрытием, в котором моноксид углерода (CO) и водород (H) восстанавливают азот из оксидов азота, с образованием чистого азота (N), водяного пара (НO) и двуокиси углерода (CO).
Принцип нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов основан на беспламенном каталитическом дожигании (доокислении) горючих токсичных компонентов на поверхности каталитического блока. Принцип работы нейтрализатора основан на способности каталитических металооксидных покрытий монолитных блоков промотировать окислительно-восстановительные процессы в режиме проточного реактора. При этом оксид углерода преобразуется в двуокись углерода, а углеводороды - в двуокись углерода и воду. Блок циклонной сепарации нейтрализатора обеспечивает саморегенерацию фильтра от сажистых частиц без применения специальных присадок к топливу и дополнительных нагревателей.
2
В качестве носителей каталитического покрытия используются монолитные каталитические блоки, изготовленные из термостойкой керамики со сквозными отверстиями 200 ед./дюйм и/или металлические (фехралевые) носители.
Конструктивно нейтрализатор предусматривает многоступенчатый процесс нейтрализации. На первой ступени, в циклонном сепараторе происходит отделение наиболее крупных частиц сажи. На второй ступени менее крупные частицы подвергаются окислению на каталитическом фильтре до углекислого газа и воды. На третьей ступени монолитный катализаторный блок обеспечивает восстановление NO2 до азота. На четвертой ступени монолитные катализаторные блоки нейтрализуют СО и CnHm до углекислого газа и воды.
n
m
Поскольку в современных двигателях в результате высокого совершенства процесса сгорания имеется недостаток компонентов, таких как СО и несгоревшие углеводороды СН, необходимых для восстановления азота из оксидов азота в каталитическом нейтрализаторе. Таким образом, генератор синтез-газа является «поставщиком» дополнительных восстанавливающих элементов в каталитический нейтрализатор для полного восстановления азота из его оксидов и тем самым очистки выхлопных газов от NOx в 4-5 раз. Одновременно это сопровождается уменьшением выбросов СО и несгоревших углеводородов, которые также являются одними их вредных выбросов выхлопных газов двигателей.
Применение такой технологии одновременно со снижением вредных выбросов позволяет снизить затраты на возведение дымовых труб путем существенного уменьшения их высоты, улучшить архитектуру ТЭС и города, а также снизить в разы санитарно-защитную зону теплоэлектростанции. При этом для снижения выбросов не требуется использование в процессе какого-либо другого вещества, для этого используется основное горючее - природный газ.