УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВОДЯНЫХ ПАРОВ И ДРУГИХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
APPARATUS FOR REMOVING WATER VAPOURS AND OTHER IMPURITIES FROM FLUE GASES

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для очистки дымовых газов от водяных паров заводских труб, труб АЭС и ТЭЦ.
Известны устройства аналогичного назначения, например, «Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливание компонентов» автора Ежова В.С. по патенту РФ №2186612, МПК B01D 53/60 [1].
Это устройство содержит зону обработки в газоходе с размещенными в ней теплообменной и абсорбционной секциями, переточную камеру, распределитель жидкости, порог, подъемную трубу эрлифта и поддон с гидрозатвором.
Недостатком данного устройства является его значительная сложность, требующая большой реконструкции для внедрения на действующем предприятии. Кроме того, комплекс оборудования этого устройства размещается до дымососа, т.е. до подачи очищенных дымовых газов в трубы АЭС или ТЭЦ, что потребует остановки производства при его монтаже.
Известен также «Способ утилизации тепла и осушения дымовых газов и устройство для его осуществления» авторов Князькина Г.Ю., Князькиной Т.Г., Волкова Д.Ю., Щеблыкина А.В. по патенту РФ №2561812, МПК F22B 1/18 [2].
Данная установка для утилизации тепла и осушения дымовых газов содержит теплообменники, напорный вентилятор, газоходы, щелевой эжектор, трубопроводы, насос, причем поток дымовых газов после теплообменников разделяется на два потока: большой и малый, причем на малом потоке установлен напорный вентилятор, после прохождения которого малый поток поступает в сопло щелевого эжектора, где потоки смешиваются.
Недостатком данного устройства является также его значительная сложность, требующая большой реконструкции действующего производства, поскольку оно устанавливается путем врезки в существующий газоход до подачи очищенных дымовых газов в трубу АЭС или ТЭЦ.
Известно также устройство для конденсации водяных паров непосредственно в дымоходной трубе, например, «Устройство для очистки дымовых газов» авторов Цветкова П.Н. и Щепалова С.Л. по авторскому свидетельству СССР №245265, МПК F23J, кл. 24g, 6/20 [3].
Устройство содержит установленные в дымоходе по вертикали одна над другой конусообразные вставки с размещенными в них патрубками с соплами, в которые подается по ходу газов холодный воздух и пар между вставками.
Основной недостаток данного устройства в том, что конденсат будет стекать по стенкам трубы, что приводит в течение времени к ее разрушению. Кроме того, для эффективного осаждения водяных паров потребуется большое количество конусообразных вставок, которые сложно разместить в дымовой трубе АЭС или ТЭЦ,
Аналогом предлагаемого изобретения является также «Система для очистки дымовых газов» авторов Селянина И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистова и др. по патенту РФ №2462292, МПК B01D 47/00 [4].
Данная система содержит каскадный модуль конусных колец, форсунки для воды, трубопроводы, насос и отстойник для очистки воды с нейтрализатором.
Работа системы происходит следующим образом. Дымовые газы, поднимающиеся по трубе, проходят через щели между конусами каскада полых конусных колец и попадают в аэрозоль тонко диспергированной воды, создаваемой форсунками. Аэрозоль из дымовых газов с примесями выпадает моросью на поверхность конусных колец, скатывается в кольцевой желоб и по отводящему каналу подается в систему очистки воды.
Недостаток этой системы в том, что используется сама выходная труба, внутри которой размещается протяженный каскадный модуль конусных колец и другое оборудование, требующее вмешательство в существующую конструкцию трубы АЭС или ТЭЦ.
Кроме того, поскольку очистка дымовых газов производится диспергированной до аэрозолей воды, следует ожидать значительных выбросов воды в паровой фазе и в фазе аэрозолей в уходящих дымовых очищенных газах.
Задачей предлагаемого изобретения является создание автономного «Устройства для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов», размещаемого на дымовых заводских трубах или трубах АЭС, ТЭЦ без реконструкции последних и без изменения технологии их использования.
Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является оснащение существующих дымовых и вентиляционных (далее дымовых) труб техническими средствами, которые бы обеспечили максимальное выделение водяных паров из газов, приносящих значительный вред окружающей природе и населению.
Технический результат заключается в следующем:
- устройство выполнено в виде автономного съемного купола, размещаемого на существующих дымовых заводских трубах или трубах АЭС, ТЭЦ;
- использован эффект пропуска дымовых частично охлажденных дымовых газов через нагнетательные трубки, опущенные в воду, до контрольного уровня на дне купола;
- дополнительное охлаждение дымовых газов производится нагнетательным вентилятором от атмосферного воздуха или циркуляцией воды в куполе устройства;
- конденсат водяных паров, содержащий также взвешенные частицы и другие растворенные в дымовых газах вредные примеси, отводится за пределы дымовой трубы или очищается в дополнительном баке.
Технический результат достигается за счет того, что содержит купол, установленный на выходном устье дымовой трубы, с выполненным в нем окном в верху для выхода очищенного газа, внизу - выпускным отверстием, с патрубком для выпуска воды, расположенным на установленном уровне воды в куполе, и дополнительным патрубком внизу для циркуляции воды в куполе, кроме того, купол содержит также расположенные в нем по направлению движения газов оголовок трубы с нагнетательным вентилятором в своем кожухе и дополнительный кожух в форме перевернутого стакана с датчиком температуры и пакетом нагнетательных трубок, причем купол при запуске устройства заполнен водой до выпускного отверстия, определяющего максимальный уровень воды в куполе, нагнетательные трубки установлены их верхними концами с перфорацией в газовой зоне перевернутого стакана, нижними концами трубок в воду ниже ее установленного уровня, кожух вентилятора соединен с атмосферой дополнительным воздушным патрубком, а патрубок выпускного отверстия воды через дополнительную трубу соединен с накопительным баком, на выходе которого установлен насос, подключенный через управляемый вентиль к дополнительному патрубку для циркуляции воды в куполе.
На чертеже показано в разрезе «Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов».
Устройство содержит размещаемый на дымовой трубе 1 купол 2, содержащий оголовок 3 трубы, кожух в форме перевернутого стакана 4, причем купол имеет вверху окно 5 для выхода очищенного газа, к стакану прикреплен пакет нагнетательных трубок 6, опущенных в воду ниже заданного уровня воды в куполе, причем их верхняя часть с перфорацией находится в газовой зоне стакана, а оголовок оснащен нагнетательным вентилятором 7 в своем кожухе, к которому подведен дополнительный воздушный патрубок 8, сообщающийся с атмосферным воздухом. В нижней части купола имеется оснащенное патрубком выпускное отверстие 9 для воды, определяющее «максимальный уровень», после чего происходит слив по конденсатной трубе 10. Для первоначального заполнения купола водой и для его промывки при удалении возможного осадка используется дополнительный патрубок 11 для циркуляции воды в куполе со своим управляющим вентилем 12. Для уменьшения давления на трубу купол может быть оснащен дополнительными опорами (не показано на чертеже), а оголовок входить в состав купола или отдельно закрепляться на дымовой трубе. При использовании предлагаемого устройства на дымовых трубах, имеющих высокие значения температур выходящих газов, дополнительно устанавливается в стакане купола датчик температуры 13, на выходе конденсатной трубы накопительный бак 14 для охлаждения и очистки воды, выход которого через насос 15 и через вентиль подключен к дополнительному патрубку купола.
«Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов» работает следующим образом. До начала работы в нижнюю часть купола 2 закачивается вода до уровня вытекания ее из патрубка выпускного отверстия 9. К патрубку выпускного отверстия 9 присоединяется дополнительная труба 10 для отвода загрязненного конденсата в накопительный бак 14 или за пределы дымовой трубы.
Дымовые газы при работе трубы 1 проходят в оголовок 3. При включенном вентиляторе 7 происходит засос через патрубок 8 атмосферного воздуха, который после выхода его из кожуха вентилятора перемешивается в оголовке 3 с дымовыми газами, охлаждая их. Далее смесь этих газов под давлением поступает в перевернутый стакан 4 и затем через нагнетательные трубки 6 с перфорацией закачивается в жидкость, находящуюся на заданном «уровне воды» в куполе. В жидкости происходит конденсация паров воды и осаждение других вредных примесей из дымовых газов, а очищенные газы перемещаются между стенками стакана 4 и купола 2 и выходят в атмосферу через окно 5. При конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, происходит увеличение объема жидкости в куполе и при превышении заданного «уровня воды» ее излишки через патрубок отверстия 9 сливаются по трубе 10 в бак 14 или за пределы дымовой трубы.
Для улучшения проникновения дымовых газов под слой воды верхние концы трубок 6 стакана выполнены с перфорацией, поэтому суммарная площадь верхнего конца трубок, находящихся под давлением газа, больше площади нижнего конца трубок, находящихся в жидкости.
Температура дымовых газов в трубах для разных котлоагрегатов может находиться в диапазоне 110…250 градусов Цельсия. Применение данного устройства для труб с высокой выходной температурой может потребовать либо предварительного охлаждения дымовых газов до дымохода, либо увеличение размеров купола и введение дополнительных вентиляторов для забора атмосферного охлаждающего воздуха, либо обеспечить циркуляцию воды в куполе устройства. Для этого на основании показаний датчика 13, если температура превышает заданную, очищенную и охлажденную воду из бака 14 через насос 15, открытый вентиль 12 и патрубок 11 подают в купол 2 устройства, при этом горячая вода будет сливаться через патрубок отверстия 9, трубу 10 обратно в бак 14.
Необходимость избавляться от водяных паров поясняется фактом, что каждая тонна пара, выброшенная в атмосферу, эквивалентна по «парниковому эффекту» 360 кг углекислого газа. Например, в 2015 году все АЭС РФ выбросили в атмосферу 730 млн. т водяного пара, что эквивалентно 260 млн. т углекислого газа [5]: [электронный ресурс] www.proatom.ru.
Проблема очистки от дымовых газов изложена также в перечисленных следующих источниках [6, 7, 8, 9, 10].
Агрегатирование всех узлов для выполнения задачи выделения водяных паров из дымовых газов в одном корпусе купола, позволяет обеспечивать автономную работу и установку купола для уже работающих заводских труб, труб АЭС и ТЭЦ без переработки технологии их использования.
Для массового внедрения предложенного устройства целесообразно разработать конструкторскую документацию для нескольких типоразмеров куполов применительно к разным типам дымовых и вентиляционных труб, выбрасывающих в атмосферу значительные объемы водяных паров.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Ежов В.С. Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливание компонентов. Патент РФ №2186612, МПК B01D 53/60.
2. Князькин Г.Ю., Князькина Т.Г., Волков Д.Ю., Щеблыкин А.В. Способ утилизации тепла и осушения дымовых газов и устройство для его осуществления. Патент РФ №2561812, МПК F22B 1/18.
3. Цветков П.Н., Щепалов С.Л. Устройство для очистки дымовых газов. Патент РФ №245265, МПК F23j, кл. 24g 6/20.
4. Селянин И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистов А.В. и др. Система для очистки дымовых газов. Патент РФ №2462292, МПК B01D 47/00.
5. Информационное агенство PRoАтом [электронный ресурс] www.proatov.ru
6. Беспалов В.И., Беспалов В.В. Способ глубокой утилизации тепла дымовых газов. Патент РФ №2606296, МПК F24H 8/00, F22B 1/18, F24H 3/06.
7. FR 2162630 A1, 24.08.1973.
8. DE 3526381 A1, 17.04.1986.
9. EP 0432074 A1, 12.06.1991.
10. GB 1583808 A1, 04.02.1981.