Теплица с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов
GREENHOUSE WITH COMPLEX PURIFICATION AND UTILIZATION OF WASTE GASES

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и сельскому хозяйству и может быть использовано для повышения урожайности в овощеводстве закрытого грунта совместно с очисткой и утилизацией газообразных продуктов сгорания теплоэнергетических установок и двигателей внутреннего сгорания.
Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов, включающее зону обработки, соединенную с транзитным газоходом через отводной газоход, в которую входят вертикальный трубчатый теплообменник–абсорбер, состоящий из соединенных последовательно по газу в трубном пространстве сверху – вниз, воздухоподогревателя и конденсатора, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, а по газу с эжектором, газоходом рабочей смеси и теплицей, в крыше которой размещен дефлектор, причем межтрубное пространство воздухоподогревателя соединено с дутьевым воздуховодом, а межтрубное пространство конденсатора соединено с газоходом наружного воздуха и вентилятором [Патент РФ №2377058, МПК В 01 D 53/60, А 01G 9/18, бюл.№36, 2009].
Основным недостатком известного устройства является использование в зоне обработки трубчатых теплообменников, обусловливающее высокое аэродинамическое сопротивление установки и ее высокую стоимость, отсутствие камеры окисления, снижающее скорость окисления монооксидов азота до диоксидов, что, в конечном счете, уменьшает экономическую и экологическую эффективность известного устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов, включающая зону обработки, соединенную с транзитным газоходом и состоящую, из соединенных последовательно через отводной газоход, вентилятора, эжектора, камеры окисления, снабженную распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором, и гидрозатвором, газовоздушного коллектора, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы, установленным на правый и левый ряды вертикальных пластинчатых теплообменников, примыкающих своими торцами к опорным стойкам, в крыше которого устроен дефлектор, при этом каждый вертикальный пластинчатый теплообменник состоит из вертикального прямоугольного корпуса с внутренней вертикальной перегородкой, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, причем вертикальная перегородка установлена с образованием нижней переточной щели, в верхней части внутренней стенки корпуса устроена горизонтальная распределительная щель, в верхней части наружной стенки корпуса вертикального пластинчатого теплообменника устроен газовоздушный штуцер, соединенный с правой или левой ветвью  газовоздушного коллектора, в днище корпуса устроен штуцер слива конденсата, соединенный с правой или левой ветвью  конденсатного коллектора, соединенного с камерой окисления через гидрозатвор и с анионитовым фильтром [Патент РФ №2641747, МПК В 01 D 53/60, А 01G 9/18, бюл.№3, 2018].
Основным недостатком известной теплицы является наличие сложной зоны обработки, использование вентилятора для подачи наружного воздуха, сложная конструкция теплообменников, обусловливающие высокий расход электроэнергии и стоимость установки, что, в конечном счете, усложняет конструкцию и уменьшает экономическую эффективность известного устройства.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение экономической эффективности теплицы с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов.
0
Технический результат достигается в теплице с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов, содержащей зону обработки, соединенную с транзитным газоходом и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход, снабженным, встроенным в него распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором, газового коллектора, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы, установленным на правый и левый ряды вертикальных пластинчатых теплообменников, примыкающих своими торцами к опорным стойкам, в крыше которого устроена вытяжная труба с дефлектором, при этом каждый вертикальный пластинчатый теплообменник состоит из вертикального прямоугольного корпуса с нижним лотком, снабженным штуцером слива конденсата, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, причем на уровне нижней кромки через наружную сторону каждого вертикального пластинчатого теплообменника пропущен во внутрь его ряд распределительных газовых патрубков, наклоненных относительно горизонта под углом 45 и соединенных с правой и левой ветвями газового коллектора, между нижней кромкой наружной стороны каждого вертикального пластинчатого теплообменника и верхней кромкой нижнего лотка имеется горизонтальная заборная щель, ширина Δ которой регулируется регулировочной планкой, между верхней крышкой каждого вертикального пластинчатого теплообменника и верхней кромкой его внутренней стенки имеется горизонтальная распределительная щель, а штуцеры слива конденсата лотков каждого вертикального пластинчатого теплообменника соединены с правой или левой ветвью конденсатного коллектора, соединенного с анионитовым фильтром.
В основу работы предлагаемого устройства положены: особенности состава дымовых и выхлопных газов теплоэнергетических агрегатов и двигателей внутреннего сгорания, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., диоксид углерода(7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975, с.15]; значительное содержание кислорода в сбросных газах, обусловленное превышением фактического коэффициента избытка воздуха над теоретическим; высокая скорость кислотообразования в условиях конденсации водяных паров нитрозных газов [Олевский В. М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности – М.: Химия, 1985, с.42], возможность использования азотнокислого натрия в качестве удобрения [Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. – Л.: Химия, 1983, с. 226] и способность растений в процессе фотосинтеза усваивать диоксид углерода с выделением кислорода [Комов В. П., Шведова В. Н. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004, с.210]. Кроме того, высота вытяжной трубы с дефлектором 10 создают в полости корпуса теплицы для воздушного потока самотягу [Ю. П. Гусев Основы проектирования котельных установок – М.: Стройиздат, 1977, с.143].
Теплица с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов (ТКОУСГ) изображена на фиг. 1–6 (фиг. 1–общий вид ТКОУСГ, фиг. 2,3–план и разрез теплицы, фиг. 4–узел ввода озоновоздушной смеси в сбросные газы, фиг. 5,6–общий вид и разрез ВТПО 8).
0
Теплица с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов (ТКОУСГ) содержит зону обработки, соединенную с транзитным газоходом 1 и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход 2, встроенный в него распределитель озоновоздушной смеси 3, выполненный в виде патрубка, соединенный с озонатором (на фиг. 1–6 не показан), газового коллектора 4, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы 5, установленным на правый и левый ряды 6 и 7 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 8, примыкающих своими торцами к опорным стойкам 9, в крыше которого устроена вытяжная труба с дефлектором 10, при этом каждый ВТПО 8 состоит из вертикального прямоугольного корпуса 11 с нижним лотком 12, снабженным штуцером слива конденсата 13, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью  и коррозионной стойкостью, причем на уровне нижней кромки через наружную сторону каждого ВТПО 8 пропущен во внутрь его ряд распределительных газовых патрубков 14, наклоненных относительно горизонта под углом 45 и соединенных с правой и левой ветвями газового коллектора 4, между нижней кромкой наружной стороны каждого ВТПО 8 и верхней кромкой нижнего лотка 12 имеется горизонтальная заборная щель 15, ширина Δ которой регулируется регулировочной планкой 16 (на фиг. 1–6 узлы крепления планки 16 к ВТПО 8 не показаны), между верхней крышкой каждого ВТПО 8 и верхней кромкой его внутренней стенки имеется горизонтальная распределительная щель 17, а штуцеры слива конденсата 13 лотков 12 каждого ВТПО 8 соединены с правой или левой ветвью конденсатного коллектора 18, соединенного с анионитовым фильтром 19.
Перед началом работы ТКОУСГ предварительно на нулевой отметке осуществляется монтаж правого 6 и левого 7 рядов ВТПО 8, между опорными стойками 9, к которым крепится корпус теплицы 5 (узлы крепления на фиг. 1–6 не показаны), после чего производится монтаж остального оборудования.
0
0
3
Работа ТКОУСГ происходит следующим образом. Сбросные газы теплогенерирующей установки или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (на фиг. 1–6 не показаны), количество которых обусловлено производительностью ТОКУСГ, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемом дымососом или ДВС, уже содержащие некоторое количество кислорода, через отводной газоход 2, попутно смешиваются с озоновоздушной смесью, подаваемой через встроенный в газопровод 2, распределитель озоновоздушной смеси, поступающей из озонатора (на фиг. 1–6 не показан), в результате чего происходит начало процесса окисления части монооксидов азота до диоксидов, после чего сбросные газы через правую и левую ветви газовоздушного коллектора 4, поступает в правый и левый ряды 6 и 7 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 8 через наклонные распределительные патрубки 14. В полости корпуса ВТПО 8, в результате истечения газовых струй под углом 45 происходит забор наружного воздуха через заборную щель 15, образование газовоздушной смеси и окончательное ее охлаждение наружным воздухом с наружной стороны и внутренним воздухом теплицы 8 с внутренней стороны до температуры 40–45С с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам ВТПО 8. При этом, в результате охлаждения, происходит окисление оставшихся монооксидов азота до высших с высокой скоростью, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров. Далее, окончательно очищенные и охлажденные газы, через распределительные шели 17 ВТПО 8 направляются в теплицу 5, где в результате процесса фотосинтеза диоксид углерода усваивается растениями с выделением кислорода, одновременно интенсифицируя их рост, после чего газовоздушная смесь, обогащенная кислородом, за счет разрежения, создаваемого вытяжной трубы с дефлектором 10, выбрасывается в атмосферу. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из ВТПО 8 через конденсатный коллектор 18 поступает в анионитовый фильтр 19, где очищается от кислотных компонентов и направляется в конденсатный бак (на фиг. 1–6 не показан), откуда используется для подпитки котельного агрегата или ДВС. После регенерации анионита анионитового фильтра 19 раствором NaОН получают водный раствор NaNO, который в качестве удобрения используется для повышения урожайности в теплице 5 или отправляется другому потребителю.
При этом, попутное смешение сбросных газов с озоновоздушной смесью 5 в газопроводе 2, изменение конструкции вертикальных пластинчатых теплообменников 8, являющихся как бы прозрачным фундаментом теплицы 5, в которых происходит смешение сбросных газов с наружным воздухом, охлаждение их наружным воздухом снаружи и внутренним воздухом теплицы 5 и окончательное окисление оксидов азота и абсорбция диоксидов азота образовавшимся конденсатом в них, позволяет упростить схему, конструкцию установки и снизить затраты энергии на подачу наружного воздуха.
Таким образом, предлагаемая теплица с комплексной очисткой и утилизацией сбросных газов обеспечивает упрощение конструкции устройства, что повышает экономическую эффективность установки.