УТИЛИЗАЦИОННО-ОЧИСТИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к системам утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетических установок, и может найти применение в топливосжигающих устройствах при использовании разных видов топлива.
Известно устройство «Испарительно-утилизационная установка» (Патент РФ №2143637. Кл. F28C 3/06. 1995 г.).
Известно устройство «Система утилизации теплоты и очистки выбросных газов» (Патент РФ №2175101. Кл. F28C 3/00. 2000 г.).
Известно устройство «Экономайзер-золоуловитель» (Патент РФ №2325595. Кл. F24H 1/10, F28C 3/06. 2006 г.).
Недостатками перечисленных устройств являются отсутствие мер по нейтрализации конденсата, осушению дымовых газов на выходе из установки и ограниченная возможность регулирования параметров потока дымовых газов.
Ближайшим прототипом по совокупности признаков к заявленному является «Устройство для утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки» (Патент РФ №2484402. Кл. F28C 3/06. 2013 г.)
Данное устройство включает в себя наружный корпус с входным и выходным патрубками, корпус сухого циклона с бункером для сбора твердых частиц и патрубком для их удаления, тангенциальный ввод газа сухого циклона, щелевую решетку для равномерного распределения газа, выходной патрубок сухого циклона, центробежно-барботажный аппарат, коллектор с входным патрубком для ввода жидкого абсорбента в центробежно-барботажный аппарат, камеру отработанного абсорбента с патрубком для его вывода, полый цилиндрический теплообменник с патрубком для ввода воды и патрубком для ее вывода и регулировочные конусы сухого циклона.
К недостаткам данного изобретения, принятого за прототип, является то, что устройство имеет сложную конструкцию со значительной металлоемкостью, дымовые газы перед дымовой трубой не осушаются, параметры потока на переменных режимах не регулируются.
Целью заявляемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, присущих аналогам и прототипу, путем создания и реализации новой конструкции устройства для утилизации тепла и очистки уходящих газов энергетической установки.
Указанная цель достигается за счет изменения схемы установки использованием устройств для регулирования, что позволит упростить изготовление и эксплуатацию устройств данного класса, оптимизировать рабочие режимы.
Указанный технический результат достигается тем, что поток дымовых газов разделяется на два потока: направляемый в камеру смешения дымовых газов и воды и перепускной поток, необходимый для последующего подсушивания дымовых газов перед дымовой трубой. Поток, направляемый в камеру смешения, проходит через устройство, выполненное в виде конического конфузора, осуществляющее регуляцию скорости дымовых газов, направление потока газов, содержащего механические примеси, на стенки камеры, а также завихрение потока газов для интенсификации процессов тепломассообмена с распыливаемой водой, пары которой в последствии конденсируются на поверхности теплообменного аппарата, осуществляющего нагрев теплоносителя, за счет чего повышается интенсивность теплообмена между дымовыми газами и нагреваемым теплоносителем. Перепускной поток направляется по прямому каналу, содержащему регулирующее устройство шиберного типа для осуществления регулирования расхода и аэродинамического сопротивления системы; далее поток смешивается с потоком охлажденных дымовых газов из теплообменного аппарата, имеющих относительную влажность, равную 100% для повышения температуры и снижения относительной влажности во избежание выпадения конденсата при прохождении последующих устройств выхлопного тракта энергетической установки.
На фиг.1 изображен в разрезе общий вид устройства для утилизации тепла и очистки уходящих газов энергетической установки.
На фиг.2 изображена концевая часть 6 камеры смешения дымовых газов и воды 5.
На фиг.З изображено сечение и вид сверху подвижной части конфузора-завихрителя 12.
Устройство для утилизации тепла и очистки уходящих газов энергетической установки включает входной патрубок 1, выходной патрубок 2, разделительную пластину 3, регулирующее устройство шиберного типа 4, камеру смешения дымовых газов и воды 5 цилиндрической формы, имеющую концевую часть 6, патрубок отвода шлама 7, днище 8, выполненное с уклоном в сторону патрубка отвода шлама, теплообменный аппарат 9, патрубок подвода нагреваемого теплоносителя 10, патрубок отвода нагреваемого теплоносителя 11, неподвижную часть конфузора-завихрителя 12, выполненную в виде двух совмещенных конусов, подвижную часть конфузора-завихрителя 13, на которой смонтированы направляющие пластины 26, форсунку для распыления воды 14, ось подвижной части конфузора-завихрителя 15, уплотнитель-направляющую оси подвижной части конфузора-завихрителя 16, патрубок отвода воды 17. Данные устройства смонтированы на общем корпусе 18, на который снаружи наложена тепловая изоляция 27. Для привода подвижной части конфузора-завихрителя имеется серводвигатель 19, соединенный с осью конфузора-завихрителя 15 механической передачей. Циркуляция теплоносителя внутри данной установки осуществляется с помощью механического фильтра 20, для осаждения мелких частиц, циркуляционного насоса 21, насоса-дозатора 22, подающего щелочной раствор из бака 23, для нейтрализации выпадающих из дымовых газов кислот, клапана регуляции отвода раствора 24 и клапана подпитки 25.
Устройство для утилизации тепла и очистки уходящих газов энергетической установки работает следующим образом. Поток дымовых газов от энергетической установки через патрубок 1 попадает в камеру, где, за счет пластины 3, разделяется на два потока. Соотношение расходов этих потоков между собой и общий перепад давления дымовых газов в системе регулируется за счет действия регулирующего устройства 4 и движения подвижной части конфузора-завихрителя 13, осуществляемого за счет
серводвигателя 19. Поток, направляемый через конфузор-завихритель 12-13, попадает в камеру смешения дымовых газов и воды 5, выполненную в виде цилиндра, где смешивается с водой, подаваемой форсункой для распыления воды 14, причем угол раскрытия капельного факела должен обеспечивать попадание воды на стенки камеры смешения дымовых газов и воды 5, с целью зашиты стенок от абразивного износа и уноса водяной пленкой крупных механических частиц. Проходя через подвижную часть конфузора-завихрителя 12, на которой смонтированы направляющие пластины 26, поток газов с механическими примесями увеличивает скорость и закручивается, за счет чего происходит первичное разделение газов и механических примесей, затем, встречаясь со стенками камеры смешения дымовых газов и воды 5, поток газов отражается и дополнительно завихряется для интенсификации процессов теплообмена. После чего отраженный поток встречается и перемешивается с капельным факелом. По мере прохождения потока через камеру смешения дымовых газов и воды 5 вода частично испаряется, частично стекает по стенкам камеры смешения дымовых газов и воды 5, частично оседает на механических частицах, содержащихся в газах, за счет чего увеличивается их масса. Концевая часть 6 камеры смешения дымовых газов и воды имеет коронообразную форму, призванную разбить пленку воды и тем самым осуществить стекание воды на дно установки в виде отдельных струй, что позволит уменьшить унос капельной воды в теплообменный аппарат 9 и снизить перепад давления дымовых газов при прохождении устройства. После выхода из камеры смешения дымовых газов и воды 5 поток поворачивает в пространство над зеркалом воды имеющее большое проходное сечение, где значительно снижается скорость потока, за счет чего происходит выпадение из потока намокших механических частиц. Выделившиеся из потока частицы оседают на днище 8, откуда удаляются через патрубок отвода шлама 7. Затем поток газов направляется в теплообменный аппарат 9, в котором конденсируется водяной пар, содержащийся в дымовых газах. После теплообменного аппарата дымовые газы направляются в заднюю камеру, имеющую наклонную нижнюю поверхность для стекания конденсата, где смешиваются с потоком, проходящим через регулирующее устройство 4, для повышения температуры и снижения относительной влажности во избежание выпадения конденсата при прохождении потока через последующие устройства выхлопного тракта
энергетической установки. После смешения подсушенные дымовые газы удаляются через патрубок 2. Циркуляция воды и подъем давления до требуемого для работы форсунки в системе осуществляется за счет циркуляционного насоса 21. Для осаждения мелких частиц, содержащихся в дымовых газах вода перед циркуляционным насосом 21 проходит через механический фильтр 20. В воду после фильтра вводится щелочной раствор с помощью насоса-дозатора 22 для нейтрализации содержащихся в воде кислот, образовавшихся в результате контакта дымовых газов с водой. Часть получаемого соляного раствора отводится в систему химической очистки воды через регулирующий клапан 24, подпитка системы циркуляции осуществляется за счет забора воды из патрубка отвода нагретого теплоносителя 11, в случае использования воды как нагреваемого теплоносителя.
Таким образом, предложенное устройство для утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки обладает небольшими размерами и малой металлоемкостью, просто в изготовлении и надежно в эксплуатации. Экономия от использования данного устройства при использовании в качестве топлива низкокалорийных бурых углей и водоугольных суспензий, возникает как за счет утилизации дополнительного тепла, так и за счет уменьшения объема выбрасываемых в атмосферу газов.