Стеклоблочный воздухоподогреватель-очиститель
GLASS-BLOCK AIR HEATER-CLEANER

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к теплоснабжению и может быть использовано для утилизации тепла и очистки уходящих печных и дымовых газов, а также вентиляционных выбросов при температурах ниже точки росы.
Известен плоскоканальный стеклянный воздухоподогреватель, включающий пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного стекла, армированного металлической сеткой с внутренней шероховатой поверхностью, закрепленный с применением упругих уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенный в корпус с крышкой, отличающийся тем, что стеклянные теплообменные элементы имеют П-образную или Г-образную форму, уложены рядами друг на друга или в шахматном порядке со смещением по вертикали на высоту элемента с образованием воздушных и газовых каналов, соединены между собой термостойким клеем через слой термостойкой резины и зафиксированы между стойками, прикрепленными к опорным балкам [Патент РФ №2289067, МПК  F 23 L 15/ 04, 2006].
Недостатками известного плоскоканального стеклянного воздухоподогревателя являются сложная конструкция крышек, закрывающих трубные решетки, внутреннюю полость которых делится перегородками на воздушные и газовые каналы, увеличивает их вес и увеличивает аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя, что обусловлено прямоточной и противоточной схемами движения теплоносителей, невозможность его использования для больших расходов газа, т. к. количество блоков, уложенных друг на друга, ограничено механической прочностью стекла, что не позволяет значительно увеличивать площадь теплообмена и невозможность проведения при утилизации тепла одновременной очистки газов от вредных примесей, что уменьшает диапазон его применения по производительности и экологическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является стеклопакетный воздухоподогреватель, содержащий корпус, разделенный по вертикали горизонтальными трубными досками на ярусы, снабженного вертикальными трубными досками, с крышками, снабженными фланцами и патрубками для входа и выхода дымовых газов и воздуха, в котором на каждом ярусе между горизонтальными и вертикальными трубными досками помещены пакеты стеклянных теплообменных элементов, каждый из которых включает в себя многоканальные стеклоблоки с воздушными и газовыми каналами, выполненными перпендикулярно относительно друг друга и одноканальные стеклоблоки, выполненные из термостойкого малощелочного стекла с упругой прокладкой между всеми стеклоблоками и наружной прокладкой, причем эти стеклоблоки уложены с образованием зазоров между ними по длине, которые образуют также газовые каналы с многорядной системой перевязки по длине и ширине пакета [Патент РФ №2369804, МПК  F 23 L 15/ 04, 2009].
Основным недостатками известного стеклопакетного воздухоподогревателя являются разные конструкции стеклоблочных элементов в пакетах и невозможность одновременной очистки сбросных газов от вредных примесей при проведении процесса утилизации их тепла, что снижает его экономическую и  экологическую эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение экологической эффективности стеклоблочного воздухоподогревателя–очистителя.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый стеклоблочный воздухоподогреватель–очиститель содержит корпус, с верхними, нижними и торцевыми фланцами на кромках, снабженный торцевыми крышками, торцевыми трубными досками, образующими фланцы на кромках, патрубками входа и выхода нагреваемого воздуха, соответственно, верхней крышкой с верхней трубной доской, образующей фланцы на кромках и патрубком входа горячих газов, внутри которой помещены секционные распределители, соединенные с коллектором промывочной воды, нижней крышкой с нижней трубной доской, образующей фланцы на кромках, поддоном  и патрубком выхода охлажденных газов, на входе в который расположен каплеотбойник, внутри корпуса на нижней распределительной решетке установлены вертикальные ряды одноканальных стеклоблоков с шероховатыми внутренними стенками, выполненные из термостойкого армированного малощелочного стекла с упругой прокладкой между всеми стеклоблоками и наружной прокладкой, примыкающие к торцевым трубным доскам и создающие горизонтальные  воздушные каналы, между которыми  помещены вертикальные секции очистки, также установленные на нижнюю трубную доску, примыкающие к торцевым трубным доска и образующие вертикальные газовые каналы, причем каждая секция очистки, состоит из вертикального каркаса, снабженного зажимами, в котором в шахматном порядке расположены вертикальные прямоугольные контейнеры с перфорированными стенками, выполненные из коррозионноустойчивого материала, пространство между которыми образует газовые каналы и заполненные  гранулами металлургической пемзы,  изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и  диаметром от 5 до 10 мм,.
Предлагаемый стеклоблочный воздухоподогреватель–очиститель (СБВПО) изображен на фиг. 1–6 (фиг.1, 2 –общий вид устройства и его разрез; фиг. 3–6 – узел компоновки одноканальных стеклоблоков с секциями очистки и его разрезы).
СБВПО содержит корпус 1 с верхними, нижними и торцевыми фланцами на кромках (на фиг. 1–6 не показаны), снабженный торцевыми крышками 2 и 3 с торцевыми трубными досками  4 и 5, образующими фланцы на кромках (на фиг. 1–6 не показаны), патрубками входа и выхода нагреваемого воздуха 6 и 7, соответственно, верхней крышкой 8 с верхней трубной доской 9, образующей фланцы на кромках (на фиг. 1–6 не показаны) и патрубком входа горячих газов 10, внутри которой помещены секционные распределители 11, соединенные с коллектором промывочной воды 12, нижней крышкой 13 с нижней трубной доской 14, образующей фланцы на кромках (на фиг. 1–6 не показаны), поддоном 15 (сливной патрубок конденсата  на фиг. 1–6 не показан)  и патрубком выхода охлажденных газов 16, на входе в который расположен каплеотбойник 17, внутри корпуса 1 на нижней распределительной решетке 14 установлены вертикальные ряды 18  одноканальных стеклоблоков 19 с шероховатыми внутренними стенками, выполненные из термостойкого армированного малощелочного стекла с упругой прокладкой между ними и наружной прокладкой (на фиг. 1–6 не показаны),  примыкающие к торцевым трубным доскам 4 и 5 и создающие горизонтальные  воздушные каналы 20, между которыми  помещены вертикальные секции очистки 21, также установленные на нижнюю трубную доску 14, примыкающие к торцевым трубным доска 4 и 5, и образующие вертикальные газовые каналы 22, причем каждая секция очистки 21 состоит из вертикального каркаса  23, снабженного зажимами 24, в котором в шахматном порядке расположены вертикальные прямоугольные контейнеры 25 с перфорированными стенками, выполненные из коррозионноустойчивого материала,  пространство между которыми образует газовые каналы 22 и заполненные  гранулами металлургической пемзы 26, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и  диаметром от 5 до 10 мм.
x
x
x
x
x
х
x
x
х
3
2
4
Предлагаемый СБВПО работает следующим образом. Горячие дымовые (печные) газы или вентиляционные выбросы, содержащие вредные примеси (например, СО,  NO,  SO, частицы несгоревшего топлива, золы и пр.), поступают сверху в газовые каналы 22, с расположенными в них вертикальными перфорированными контейнерами 25, заполненными  гранулами металлургической пемзы 26, изготовленной из гранулированного доменного шлака с модулем основности М>1 и  диаметром от 5 до 10 мм, использование которого в качестве адсорбента основано на высоком значении его модуля основности, который придает гранулам металлургической пемзы 26 основные свойства [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. –М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А. К. Строительные материалы. – М.: Высш. школа, 1989, с. 163], позволяющие сорбировать на поверхности шлака вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся вредные компоненты газообразных продуктов сгорания топлива (природного газа, твердого и жидкого топлива  и пр.), а именно, оксиды азота (NO), оксиды серы (SO), оксиды углерода (СО). При прохождении по газовым каналам 22 сбросные газы проходят через отверстия в перфорированных контейнеров 25, многократно соприкасаются с поверхностью гранул 26, проникая вовнутрь их, очищаясь при этом от вредных примесей (NO, SO, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 26. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 26 в результате капиллярной конденсации паров воды и снижения температуры, с образованием соответствующих кислот HNO и HSO. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 26 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные и охлажденные сбросные газы проходят  через каплеотбойник 17, где освобождаются от капель конденсата и через патрубок 16 удаляются из СБВПО, а образовавшийся кислый конденсат под действием силы тяжести стекает в поддон 15. Одновременно в воздушные горизонтальные каналы 20 с шероховатой поверхностью поступает  холодный воздух, который при прохождении через эти каналы, в результате теплообмена с горячими дымовыми газами, заключающемся в передаче тепла теплопроводностью  через общие стенки стеклоблоков 19 газовых 22 и воздушных 20 каналов, конвекции в газовой и воздушной средах, нагревается до требуемой температуры.
При насыщении гранул 26, вышеуказанными компонентами, их подвергают регенерации. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул шлаковой пемзы 26 от мелкодисперсных частиц и абсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 26 из секционных распределителей 11 водой (например, очищенным конденсатом), подаваемой из коллектора промывочной воды 12, которая  стекает в поддон 15. Регенерацию адсорбента проводят без остановки работы СБВПО. Замену адсорбента (гранул 26) на свежий производят путем извлечения контейнеров 25.
При этом, взаимное перпендикулярное расположение воздушных 20 и газовых 22 каналов позволяет осуществлять процесс теплообмена по перекрестной схеме движения теплоносителей, что обеспечивает достаточно высокую движущую силу теплопередачи и наиболее широко используется в воздухоподогревателях для парогенераторов [Тепловой расчет промышленных парогенераторов. Под ред. Частухина В. И. – Киев: Вища школа, 1980, с. 50], значительно упростить конструкцию крышек 2, 3, 8, 13 (внутреннюю полость крышек не нужно делить перегородками на воздушные и газовые каналы) и уменьшить их вес, значительно снизить аэродинамическое сопротивление по сравнению с известными воздухоподогревателями с конструкциями крышек для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей. Установка между рядами 18 одноканальных стеклоблоков 19 каркасов 23 секций очистки 21 повышает устойчивость и механическую прочность рядов 18 без угрозы их разрушения под действием собственной тяжести, так как нагрузка от каждого ряда 18 частично  передается на каркасы 23 и, таким образом, позволяет увеличить площадь теплообмена и, соответственно, производительность СБВПО.
Таким образом, предлагаемый  стеклоблочный воздухоподогреватель–очиститель позволяет, за счет упрощения конструкции стеклоблочных элементов и использования нового типа адсорбента – гранулированных доменных шлаков, проводить одновременную очистку сбросных газов от вредных примесей в процессе утилизации их тепла, что повышает его экономическую и  экологическую эффективность.