КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области очистки газов от экологически опасных составляющих и может быть использована для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Аналогом является каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, сетки с катализатором, снабженный стаканом, полости которого заполнены металлической стружкой или проволокой из нержавеющей стали, молибдена или вольфрама, и регулирующим кольцом, которое регулирует доли потоков газа, проходящих через различные полости путем перекрытия в большей или меньшей степени отверстий для выхода газа, а катализатор выполнен в виде пористых таблеток, пористой керамики или перфорированной металлической ленты с нанесенными на ее поверхность каталитически активными материалами, (патент №2253021, МПК F01N 3/28, опубл. 27.05.2005)
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является многофункциональное устройство для селективной очистки и разделения потоков отработанных и выхлопных газов, содержащее соосно расположенные в корпусе сепарационную перегородку с завихрителем, образующие сепарационную камеру в форме цилиндра, соединенную с дренажной магистралью, отличающееся тем, что с другого конца корпуса концентрично установлены выходной патрубок и разделитель газового потока, образующие совместно с гладкой цилиндрической частью сепарационной перегородки газовые кольцевые камеры переменного размера, причем между гладкой цилиндрической частью сепарационной перегородки и разделителем газового потока образован щелевой кольцеобразный зазор, величина которого регулируется подвижной отражательной диафрагмой, выполненной в виде усеченного конуса и расположенной на наружной поверхности разделителя газового потока при помощи регулировочных винтов, расположенных на корпусе, причем после завихрителя расположен инерционный стабилизатор скорости потока газа, выполненный с ребрами различной длины и сечения и перфорированными отверстиями, на выходе которого образована камера стабилизации скорости потока газа, на выходе которой расположены выходной патрубок и разделитель газового потока, при этом в каналах, соединяющих газовую кольцевую камеру, образованную выходным патрубком и разделителем газового потока с центральной камерой, расположенной в выходном патрубке, и полостью теплообменника, образованного гладкой цилиндрической частью сепарационной перегородки и корпусом, установлены электромагнитные клапаны, управляемые формирователем команд, соединенным с педалью газа, а сепарационная камера отделена от полости теплообменника перегородкой, расположенной по оси симметрии дренажной магистрали, в верхней части теплообменника установлен патрубок для отвода очищенных газов, (патент РФ №2172848, МПК F01N 3/037, опубл. 27.08.2001).
Недостаток известных технических решений состоит в том, что не происходит полного поглощения токсичных компонентов, охлаждения газов и улавливания твердых частиц в выхлопных газах, а также известные решения конструктивно сложны, имеют высокое газодинамическое сопротивление по ГОСТ 17.2.4.06 при высоких скоростях газа, что не позволяет использовать их при расходах по газу порядка 24000 кубических метров в час и ограничением по газодинамическому сопротивлению.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества очистки выхлопных газов при высоких скоростях газового потока.
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки выхлопных газов.
Технический результат достигается тем, что комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов, содержащий входной патрубок, завихритель, выходной патрубок, корпус, катализатор, входной патрубок расположен на модуле каталитической очистки, который расположен под углом не менее 45 градусов к горизонту и выполнен в виде металлического корпуса с расположенными внутри перегородками, причем между перегородками в несколько ярусов размещены каталитические блоки, выполненные в виде сот из металлической фольги, на которую нанесен слой катализатора, кроме того, дополнительно содержит промежуточный патрубок, прикрепленный к модулю каталитической очистки и модулю мокрой очистки, который выполнен в виде цилиндрического металлического корпуса, с расположенным в нижней части баком с наклонным днищем и патрубками на стенках бака, а в верхней части расположена разгонная камера, выполненная в виде спирали Архимеда, и коаксиально расположенный лопаточный аппарат, состоящий из лопаток и разделяющий камеру на две кольцевые полости, причем лопатки образуют вертикальные, сужающиеся к центру каналы для разгона газового потока, а над лопаточным аппаратом у его кромки тангенциально по ходу вращения газового потока расположены четыре трубки, кроме того, модуль мокрой очистки содержит сепарационную камеру с центральной трубой, снабженную каплеотбойным кольцом, внутренними устройствами в форме усеченных конусов, образующих коаксиальные кольцевые камеры, отделяющие бак от остального объема модуля мокрой очистки, а также на корпусе модуля мокрой очистки крепятся лапы-опоры, кроме того, в крышке бака расположен датчик уровня.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов вид спереди;
на фиг.2 - комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов вид сверху, модуль каталитической очистки не показан.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано в конструкции комплекса оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов, включающей в себя входной патрубок 1, выходной патрубок 2, корпус модуля каталитической очистки 3, модуль каталитической очистки 4, блоки катализатора 5, промежуточный патрубок 6, модуль мокрой очистки 7, корпус 8, бак 9, патрубки бака 10, разгонная камера 11, тангенциальные патрубки 12, сепарационную камеру 13, отражательный конус 14, центральную выходную трубу 15.
Комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов устроен и работает следующим образом.
Конструктивно комплекс выполнен в виде двух технологически связанных между собой трубопроводом и имеющей общую систему контроля и управления модулей.
Модуль каталитической очистки 4, предназначен для нейтрализации горячих выхлопных газов и работает в режиме проточного реактора. Корпус модуля каталитической очистки 3 располагается под углом не менее 45 градусов к горизонту для предотвращения оседания твердых частиц в каналах блоков катализатора 5. Входной патрубок 1 расположен на модуле каталитической очистки 4.
Модуль каталитической очистки 4 представляет из себя сварной корпус модуля каталитической очистки 3, выполненный из стали. В корпусе модуля каталитической очистки 3 в перегородке размещены восемь (в два яруса в четырех обоймах перегородки резьбовыми соединениями) каталитических (сотовых на металлической, фольге из, например, фехрали) блоков 5. Для работы в проточном режиме корпус модуля каталитической очистки 3 снабжен расположенными коаксиально фланцами для пропуска газов на высокой скорости через прямые каналы в блоках катализатора 5.
Корпус модуля каталитической очистки 3 снабжен фланцевым разъемом для возможности замены блоков катализатора 5.
Поступающий в модуля каталитической очистки 3 от работающего двигателя горячий с температурой от 350 до 490 градусов отработавший (выхлопной) газ на скорости около 24 м/сек, равномерно распределившись по сечению аппарата, проходит через прямые каналы сот блоков катализатора 5, закрепленных в 4-х обоймах перегородки. На поверхности катализатора, находящегося в блоках катализатора 5 происходит беспламенное доокисление (восстановление по NOx) токсичных компонентов газового выхлопа.
Промежуточный патрубок 6 соединяет модуль каталитической очистки 4 и модуль мокрой очистки 7.
Модуль мокрой очистки 7 совмещает в своей конструкции использование принципов работы возвратно-поточного циклона (в части организации движения потока в аппарате) и вихревого скруббера (для получения в аппарате условий для эффективного проведения тепло-массобменного процесса в системе газ-жидкость).
Модуль мокрой очистки 7 газа предназначен для поглощения токсичных компонентов, охлаждения газа и улавливание твердых частиц в газовыхлопе ДВС.
Модуль мокрой очистки 7 представляет из себя сварной цилиндрический корпус 8 с внутренними устройствами, с баком 9, служащим для сбора и накопления жидкости 9.
Материал модуля мокрой очистки 7 - сталь.
Разгонная камера 11 выполнена в виде улитки (спираль Архимеда), в которой размещен лопаточный аппарат. Лопаточный аппарат состоит из лопаток, образующих сужающие разгонные каналы для закручивания газового потока. Над лопаточным аппаратом у внутренней его кромки расположены направленные по ходу вращения газа тангенциальные патрубки 12 для подачи жидкости (воды или раствора щелочи).
В средней сепарационной части модуля мокрой очистки 7 размещена сепарационная камера 13, отражательный конус 14 в форме усеченного конуса и центральная выходная труба 15, посредством которых организуется поворот газожидкостного потока, сепарация из потока жидкости и захваченных ей твердых частиц и которые, за счет отражательного конуса 14, отделяют бак 9 от остального объема модуля мокрой очистки 7. Внутренние устройства образуют ряд кольцевых каналов, которые стабилизируют газовый поток перед поступлением в центральную выходную трубу 15, на наружной поверхности которой располагается каплеотбойное кольцо для предотвращения выноса капель жидкости из аппарата.
Бак 9 имеет наклонное днище для организации слива шламовой воды, а в боковой части бака имеются патрубки бака 10 для организации водооборота, промывки бака 9, дренажа.
В верхнюю часть модуля мокрой очистки 7 тангенциально через квадратное отверстие на входе в разгонную камеру 11 поступает из модуля каталитической очистки 4 горячий газ, содержащий сажу. Под давлением от двигателя (источника выхлопных газов) в разгонной камере 11 газ дополнительно разгоняется и, проходя через лопаточный аппарат, приобретает скорость и, вращаясь, поступает в центральную часть модуля мокрой очистки 7. Жидкость, поступающая через четыре тангенциальных патрубка 12, по ходу вращения газа, на верхнюю плоскость лопаточного аппарата под действием центробежных сил вращающегося газа прижимается к внутренней боковой поверхности лопаточного аппарата и начинает вращаться вместе с газом - образуется газо-жидкостный слой, необходимый для проведения процесса. Так как газ движется значительно быстрее жидкости, последняя дробится на очень мелкие пузырьки, размеры которых обратно пропорциональны центробежным ускорениям. Газ, получивший вращательное движение в разгонных каналах лопаточного аппарата, проходит через образовавшуюся в аппарате кольцевую (на всю высоту лопаток) завесу газожидкостного слоя. В слое происходит интенсивное смешивание холодной жидкости с горячим газом, парообразование и интенсивное охлаждение газа. Газо-жидкостная смесь движется далее вниз. По ходу движения капли жидкости под действием центробежной силы разделяется - прижимаются к стенке корпуса 8 и пленкой стекают в бак 9. Газ совершает разворот на 180° для захода в центральную выходную трубу 15, и движется по каналам, образованным внутренними коническими разделителями потока, от периферии к центральной выходной трубе 15 и вверх к выходному патрубку 2 в газовыхлопной тракт системы.
На стенке корпуса 8 дополнительно происходит коагуляция водяных капель, содержащих твердые включения (сажу), которые стекают вниз в бак 9.
Предлагаемая полезная модель повышает качество очистки выхлопных газов при высоких расходах по газу (порядка 24000 кубических метров в час) и ограничением по газодинамическому сопротивлению и позволяет эффективно охладить газ.