УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ВОДЯНЫХ ПАРОВ
DEVICE FOR CLEANING FLUE GASES FROM WATER VAPOR

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,
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является «Система для очистки дымовых газов» авторов Селянина И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистова и др. по патенту РФ №2462292, МПК B01 D47/00 [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 очистки дымовых газов от водяных паров», 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 регулируемого охлаждения до «точки росы» выходного газа, проходящего через многослойную охлаждаемую каплесборную сетку;
- охлаждение выходного дымового газа производится перемешиванием и сочетанием использования как горячего, так и холодного воздуха с использованием вихревых холодильников на основе эффекта трубки Ранка (далее: трубка Ранка);
- конденсат водяных паров, содержащий так же взвешанные частицы и другие растворимые вредные примеси, отводится за пределы дымовой трубы.
Технический эффект достигается так же за счет того, что воздушные форсунки выполнены с эжекцией наружного воздуха, а в нижней части купола установлен дополнительный нагнетающий вентилятор.
Технический результат достигается за счет того, что на входное устье дымовой трубы установлен купол, открытый для выхода очищенного газа сверху, и содержащий расположенные в нем по направлению движения газов кольцо воздушных форсунок по окружности трубы, датчик температуры газа, желоба для стока дистиллята на двух уровнях со смещением уровней относительно друг друга и под углом к горизонту, перфорированный пакет трубок, на котором размещена каплесборная многослойная сетка и датчик «точки росы»-влажности газа, а вне дымовой трубы расположены пульт управления, компрессор, выход которого подключен к входу трубки Ранка, «горячий» выход которой через регулируемый вентиль и трубопровод соединен с кольцом воздушных форсунок, «холодный» выход трубки через другой регулирующий вентиль и другой трубопровод соединен с пакетом перфорированных трубок, причем датчики, вентили, компрессор и трубка Ранка подключены к пульту управления устройством.
Технический эффект достигается так же за счет того, что воздушные форсунки выполнены с эжекцией наружного воздуха и расположены выходными отверстиями по направлению движения газов, а в нижней части купола установлен дополнительный вентилятор с приводным механизмом, подключенный к пульту управления устройством.
На чертежах: фиг. 1 показан в разрезе общий вид «Устройства для очистки дымовых газов от водяных паров», на фиг. 2 - взаимное пространственное расположение желобов на двух уровнях со смещением уровней относительно друг друга, на фиг. 3 - выполнение воздушной форсунки для эжекции наружного воздуха в составе кольца форсунок по окружности устья дымовой трубы. Движение дымовых газов показано на чертеже длинными стрелками, а перемещение конденсата - короткими стрелками и в виде капель воды.
На дымовой трубе 1 АЭС или ТЭЦ установлен купол 2, в котором размещены снизу в верх по направлению движения дымовых газов кольцо 3 воздушных форсунок по окружности устья дымовой трубы, желоба 4 в виде лотков для стока дистиллята на двух уровнях со смещением уровней относительно друг друга и под углом к горизонту, горизонтальный пакет 5 перфорированных трубок, на котором размещена многослойная каплесборная сетка 6, а отдельно вне дымовой трубы расположен компрессор 7, выход с которого подключен к входу трубки 8 Ранка, «горячий» (на чертеже: гор.) выход которой через регулируемый вентиль 9 и трубопровод 10 соединен с кольцом воздушных форсунок, «холодный» (на чертеже: хол.) выход трубки через другой регулируемый вентиль 11 и другой трубопровод 12 подключен к пакету перфорированных трубок купола. К трубопроводам подключены дополнительные обратные клапана 13 и 14 для подачи атмосферного воздуха. Купол в своей верхней части имеет окно 15 для выхода очищенных газов и датчик 16 «точки росы» (влажности) газов, а в его нижней зоне между кольцом форсунок и желобами расположен датчик 17 температуры и дополнительный нагнетающий вентилятор 18 с своим приводным механизмом.
Управление устройством осуществляется оператором визуально по показаниям датчиков с пульта 19 управления или автоматически с применением запрограммированного контроллера (не показан на чертеже).
Слив конденсата из купола производится через выпускное отверстие 20 по отдельной трубе.
«Устройство для очистки дымовых газов от водяных паров» работает следующим образом. В зависимости от типа котлов и котлоагрегатов температура на выходе их дымовых труб находится в диапазоне 130…250 градусов Цельсия. Оператор с пульта 19 управления включает компрессор 7, с выхода которого воздух высокого давления подается на вход трубки 8 Ранка. С «горячего» выхода трубки 8 через вентиль 9 и трубопровод 10 воздух с заданной высокой температурой под давлением поступает на форсунки 3, расположенные по окружности устья трубы 1, а с «холодного» выхода трубки 8 через вентиль 11 и трубопровод 12 подается на пакет 5 перфорированных трубок в верхней части купола. Холодный воздух, выходящий из трубок пакета 5, интенсивно охлаждает многослойную каплесборную сетку 6.
Вихревые термогенераторы, разработанные на основе эффекта Ранка, имеют различные диапазоны температур на их «горячем» и «холодном» выходах, например, на сайте [5] фирмы EXAIR [электронный ресурс] www.airflou-expert.ru представлены вихревые трубки VORTEX TUBES, обеспечивающие выходные температуры от - 46 до +127 градусов Цельсия с расходом воздуха от 28 до 4248 литров в минуту. Температуры выходящих потоков вихревой трубки зависят от давления на их входе и от соотношения горячей и холодной фракций. Это позволяет подобрать необходимые параметры температур для предлагаемого устройства.
Назначение форсунок 3 снизить температуру выходящих из трубы 1 дымовых газов, но не ниже 100 градусов Цельсия, чтобы не допустить стекания конденсата во внутрь трубы 1. Если температура воздуха с «горячего» выхода трубки 8 Ранка ниже температуры дымовых газов, то будет происходить их частичное охлаждение. Форсунки 3 (фиг. 3), получающие под давлением горячий воздух с трубопровода 10, эжектируют (подсасывают) атмосферный воздух, что дополнительно охлаждает выходящий из форсунок 3 воздух, который перемешивается с дымовыми газами. Кроме того, вентилем 9 регулируют объем подаваемого «горячего» воздуха, а через обратный запорный клапан 13 представляется подмешивать к нему атмосферный воздух.
Выходы форсунок 3 должны быть направлены вверх для поддержания давления в куполе 2 и для перемешивания подаваемого воздуха с дымовыми газами трубы 1.
Далее, частично охлажденная смесь газа поднимается в куполе 1 вверх, проходит между рядами желобов 4, между перфорированных трубок пакета 5 и омывает многослойную каплесборную сетку 6.
Холодный воздух, поступивший с «холодного» выхода трубки 8 Ранка через вентиль 11 и трубопровод 12 подается в трубки пакета 5, выходя из отверстий которого воздух охлаждает до «точки росы» каплесборную сетку 6, на которой происходит конденсация водяных паров. Капли и струйки конденсата с каплесборной сетки 6 падают на желоба 4, скатываются по ним, накапливаются в донной части купола 2 и удаляются через его выпускное отверстие 20 по дополнительной трубе. Вместе с конденсатом удаляются взвешенные в газе частицы и другие вредные примеси, содержащие в дымовых газах.
Объем и температуру подаваемого на каплесборную сетку 6 холодного воздуха определяют по показаниям датчика 16 влажности - «точки росы» выходящих газов. При необходимости может быть подмешан через обратный запорный клапан 14 атмосферный воздух с использованием компрессора 7. Очищенные от водяных паров дымовые газы выходят через окно 15 наружу.
При конденсации каждый грамм водяного пара выделяет около 0,5 Ккал. теплоты, что должно учитываться при работе дымовой трубы в зимних условиях. Наружные стенки купола 2 должны теплоизолироваться, а конденсат с выпускного отверстия 20 удаляться также по теплоизолированной трубе.
При больших объемах дымовых газов, выходящих из дымовой трубы 1, потребуется установка каплесборной сетки 6 в несколько слоев, чтобы обеспечить на них температуру «точки росы», что снизит естественное движение дымовых газов в куполе 2. В связи с этим может потребоваться установка дополнительного нагнетающего вентилятора 18, включаемого с пульта 19 управления устройством.
В качестве каплесборной сетки 6 может быть использован «Ультрасет ЗАО Даль» [электронный ресурс]: www.daly.ru/katalog/ [6], а в качестве датчика 16 - универсальные датчики «точки росы» [электронный ресурс]: www.ismerkon.ru/catalog/vlozhost/datchiki-tochki-rosy. Htm [7].
Использование под давлением горячего и холодного воздуха необходимых параметров с вихревых генераторов, использующих эффект трубки Ранка, для поэтапного охлаждения и перемешивания его с дымовыми газами и создание условий для получения «точки росы» в верхней части купола позволяет создать устройство, эффективно очищающее дымовые газы от водяных паров.
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 [8]: [электронный ресурс] www. proatom.ru.
Проблема очистки от дымовых газов изложена также в перечисленных следующих источниках [9, 10, 11, 12, 13].
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 B01D47/00.
5. Модельный ряд вихревых трубок VORTEX TUBES [электронный ресурс] www. airflou-expert.ru/contacts/. E-mail: lead@spray-expert.ru
6. Многослойная каплесборная сетка «Ультрасет ЗАО Даль» [электронный ресурс]: www.daly.ru/katalog/.
7. Универсальные датчики «точки росы». [Электронный ресурс]: www.ismerkon.ru/catalog/vlozhnost/datchiki-tochki-rosy/htm.
8. Информационное агенство PRoАтом [электронный ресурс] www.proatov.ru.
9. Беспалов В.И., Беспалов В.В. Способ глубокой утилизации тепла дымовых газов. Патент РФ №2606296, МПК F24H 8/00, F 22B 1/18, F24H 3/06.
10. FR 2162630 A1, 24. 08. 1973.
11. DE 3526381 A1, 17. 04. 1986.
12. EP 0432074 A1, 12. 06. 1991.
13. GB 1583808 A1, 04. 02. 1981.