МУЛЬТИБЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, а именно, к двигателестроению и, в частности, к устройствам для очистки и шумоглушения выхлопных газов судовых двигателей.
Известен комплексный глушитель-очиститель отработавших газов, включающий корпус, снабженный диффузором и конфузором (коническими крышками) с входным и выпускным патрубками, съемной крышкой, фильтрующей вставкой, состоящей из плоских, зигагообразных и конусных перфорированных кожухов, образующих между собой и внутренней поверхностью корпуса полости, между плоскими перфорированными кожухами крышки и днища корпуса установлены параллельно движению отработавших газов вертикальные зигзагообразные контейнеры с перфорированными стенками, образующие между собой зигазагообразные газовые каналы, вышеуказанные полости и зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами шлаковой пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм [Патент РФ №2465471, МПК F01N 3/08, 2012].
Недостатками известного устройства являются громоздкая конструкция, обусловленная потребностью значительного объема гранулированного шлака и невозможность его регенерации без отключения от двигателя, что увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата, требует значительного пространства для его размещения, создает затруднения в его эксплуатации и, таким образом, снижает его эффективность.
Более близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является комплексное устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя, содержащее корпус, снабженный коническими крышками, съемной боковой крышкой, входным и выпускным газовыми и озоновым патрубками, штуцерами подачи промывочной воды и слива загрязненной воды, соответственно, внутри которого снизу - вверх расположены поддон, смесительная камера, камера очистки, состоящая из нескольких секций, каждая из которых содержит опорную решетку, на которой установлена фильтрующая вставка, состоящая из вертикальных зигзагообразных контейнеров с перфорированными стенками, образующих между собой зигзагообразные газовые каналы, при этом зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутри камеры очистки над каждой секцией установлены распределители промывочной воды, представляющие собой перфорированные снизу трубы, соединенные со штуцерами промывочной воды, а в смесительной камере устроен распределитель озона, представляющий собой перфорированную сверху трубу, соединенную через патрубок с озонатором [Патент РФ №2536749, МПК F01N 3/08, 2014].
Основными недостатками известного устройства являются сложная конструкция зигзагообразных контейнеров и замены адсорбента в них на свежий и невозможность его удовлетворительной работы во всем диапазоне нагрузок двигателя, что снижает эффективность очистки выхлопных газов.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности мультиблочного устройства для очистки выхлопных газов судового двигателя.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое мультиблочное устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя содержит прямоугольный корпус, снабженный пирамидальной крышкой и пирамидальными днищами, съемными задними крышками, входными и выпускным газовыми и озоновыми патрубками, штуцерами подачи промывочной воды и слива загрязненной воды, корпус внутри разделен вертикальными перегородками на отдельные блоки очистки, каждый из которых состоит из расположенных снизу-вверх пирамидального днища, смесительной камеры, камеры очистки, в которой в шахматном порядке друг над другом на опорных уголках горизонтально установлены перфорированные корзины, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы, при этом перфорированные корзины заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, в каждом блоке очистки вверху камеры очистки установлены распределители промывочной воды, представляющие собой перфорированные снизу трубы, соединенные со штуцерами промывочной воды, а в смесительной камере установлены распределители озона, представляющие собой перфорированную сверху трубу, соединенную через патрубок с озонатором, при этом входные газовые патрубки, озоновые патрубки и штуцера подачи промывочной воды каждого блока очистки соединены с газовым, озоновым и промывочным коллекторами.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид мультиблочного устройства для очистки выхлопных газов судового двигателя (МБУОВГ), на фиг. 2, 3 - разрезы, на фиг. 4, 5 - узел А (компоновка МБУОВГ и устройство перфорированных корзин).
МБУОВГ содержит прямоугольный корпус 1, снабженный пирамидальной крышкой 2 и пирамидальными днищами 3, съемными задними крышками 4, входными и выпускным газовыми и озоновыми патрубками 5, 6, 7, штуцерами подачи промывочной воды и слива загрязненной воды 8, 9, соответственно, корпус 1 внутри разделен вертикальными перегородками 10 на отдельные блоки очистки 11, в каждом из которых снизу-вверх расположены пирамидальное днище 3, смесительная камера 12, камера очистки 13, в которой в шахматном порядке друг над другом на опорных уголках 14 горизонтально установлены перфорированные корзины 15, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы 16, при этом перфорированные корзины 15 заполнены гранулами пемзы 17, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, в каждом блоке очистки 11 вверху камеры очистки 13 установлены распределители промывочной воды 18, представляющие собой перфорированные снизу трубы, соединенные со штуцерами промывочной воды 8, а в смесительной камере 12 установлены распределители озона 19, представляющие собой перфорированную сверху трубу, соединенную через патрубок 7 с озонатором (на фиг. 1-5 не показан), при этом входные газовые патрубки 5, озоновые патрубки 7 и штуцера подачи промывочной воды 8 каждого блока очистки 10 соединены с газовым, озоновым и промывочным коллекторами, соответственно. При этом, каждый озоновый патрубок 7 может быть соединен со своим озонатором (на фиг. 1-5 не показаны).
2
2
3
x
x
x
x
x
2
3
2
В основе работы предлагаемого МБУОВГ лежит использование в качестве адсорбента для вредных компонентов выхлопных газов гранулированной шлаковой пемзы и в качестве окислителя - озона для ускорения процесса очистки. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO, AlO, MnO) с модулем основности M>1 [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]. Высокое значение модуля основности придает гранулам шлаковой пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в отработавших газах (NO, SO, CO), а высокая пористость их структуры позволяет использовать гранулы шлаковой пемзы в качестве эффективного звукопоглощающего материала [В.Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II. - М.; Стройиздат, 1978, с. 391]. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и дешевы. Для повышения скорости адсорбции и, соответственно, уменьшения объема шлаковой пемзы в предлагаемом устройстве производится предварительное окислении вредных компонентов выхлопных газов - оксидов азота, диоксидов серы и оксидов углерода (NO, SO, CO) до NO, SO, CO, у которых кислые свойства более высокие, чем у оксидов, активным окислителем - озоном [Ежов B.C. Механизм процессов окисления оксидов азота при синхронной очистке и утилизации газообразных выбросов теплогенерирующих установок. Энергосбережение и водоподготовка. №3, 2008. - С. 48-58].
3
2
x
x
х
x
x
х
2
3
2
3
2
3
2
4
2
3
Предлагаемое МБУОВГ работает следующим образом. При незначительной нагрузке судового двигателя выхлопные газы из газового коллектора (на фиг. 1-5 не показан) через входной патрубок 5 поступают в смесительную камеру 12 какого-нибудь одного блока очистки 11, где они смешиваются с озоном, поступающим из распределителя озона 19, куда он подается из озонатора или озонового коллектора (на фиг. 1-5 не показаны). Ввиду высокой реакционной способности озона в камере 12, помимо процесса смешения озона с выхлопными газами, происходит окисление значительной части, содержавшихся в выхлопных газах монооксидов азота (NO) до диоксидов (NO2), диоксидов серы (SO2) до серного ангидрида (SO) и монооксида углерода (CO) до диоксида углерода (CO), после чего газовая смесь частично поступает через отверстия в нижнюю перфорированную корзину 15, заполненную гранулами 17 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 17 назначен из условий максимального заполнения корзин 15 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы) и частично в зигзагообразные газовый канал 16 камеры очистки 13. На выходе из нижней корзины 15 частично очищенные газы и газы, двигающиеся в газовом канале 16 смешиваются, часть из них проникает через отверстия в следующую перфорированную корзину 15, а другая часть движется далее по каналу 16. На выходе из этой корзины 15 частично очищенные газы и газы, двигающиеся в газовом канале 16, снова смешиваются и процесс повторяется согласно вышеописанному. В процессе движения в газовом канале 16 выхлопные газы через отверстия в перфорированных корзинах 15 заполняют свободное пространство между гранулами шлаковой пемзы 17, находящиеся в газовой смеси NO, SO, СО контактируют с гранулами 17, адсорбируясь на поверхности их пор, причем NO2, SO3, СО2 адсорбируются значительно быстрее, чем NO, SO2, СО ввиду указанных выше обстоятельств. Поток выхлопных газов, проходя зигзагообразные газовые каналы 16 и многократно попадая на поверхность гранул 17 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO, SO, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 17. Адсорбированные из отработавших газов оксиды азота, диоксиды серы, оксиды углерода в порах гранул 17 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента - гранул 17 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в выхлопных газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива) со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легкорастворимых в воде NO и SO. Кроме того в газах присутствует озон, поступающий из смесительной камеры, который многократно интенсифицирует процесс окисления вышеуказанных вредных компонентов. Адсорбированные NO, SO, CO, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 17 в результате капиллярной конденсации паров воды, находящихся в выхлопных газах, с образованием соответствующих кислот HNO, HSO и HCO. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 17 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.). После очистки в последней по ходу газа корзине 15, очищенные до требуемой степени очистки, выхлопные газы выводятся из камеры очистки 13 блока 11 и через пирамидальную крышку 2 и выходной газовый патрубок 6 выбрасываются в атмосферу. При этом одновременно с процессом очистки выхлопных газов в МБУОВГ происходит глушение их шума путем поглощения звука высокопористой структурой гранул 17, которые находятся в перфорированных корзинах 15.
При увеличении нагрузки двигателя в работу включают второй блок очистки 11, в котором процесс очистки выхлопных газов происходит аналогично вышеописанному. При следующем увеличении нагрузки включается третий блок очистки и так далее.
При падении активности гранул 17 их подвергают регенерации. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул шлаковой пемзы 17 от мелкодисперсных частиц и абсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 17 из распределителей промывочной воды 18 водой, подаваемой через штуцера 8 и удалении грязной воды из пирамидального днища 3 через штуцер 9. При этом, конструкция МБУОВГ позволяет проводить процесс регенерации загрузки (гранул шлаковой пемзы 17) без отключения от двигателя.
Размеры МБУОВГ, количество блоков очистки 11 N определяют, исходя из диапазона работы двигателя с тем, чтобы их число обеспечивало эффективную очистку выхлопных газов при максимальной и минимальной нагрузках двигателя. Общее число блоков 11 должно быть равным (N+1), т.е. один блок 11 должен быть в резерве. Суммарный объем гранул шлаковой пемзы 17, число перфорированных корзин 15 в камере очистки 13, их длина, высота и ширина, сечение газовых каналов 16, расход озона, расход промывочной воды и периодичность промывки определяются в зависимости от мощности судового двигателя, расхода и типа топлива, требуемых степени очистки и снижения уровня звуковой мощности выхлопных газов.
Таким образом, предлагаемое мультиблочное устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить выхлопные газы от вредных примесей и одновременно снизить до требуемого уровень их звуковой мощности во всем диапазоне нагрузок двигателя, используя в качестве окислителя озон, в качестве адсорбента и шумопоглотителя гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности M>1 и производить регенерацию адсорбента без отключения от двигателя.