Экологичная насадка для дымовой трубы
ENVIRONMENTALLY FRIENDLY NOZZLE FOR CHIMNEY

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов теплогенераторов автономного и квартирного теплоснабжения от вредных примесей.
2
Известна насадка для очистки дымовых газов, содержащая короб (корпус) со стыковочными узлами, с размещенными в нем пластинчатым теплообменником и по ходу движения дымовых газов – вертикальными перфорированными кассетами (контейнерами), выполненными из коррозионностойкого материала, полость которых заполнена дробленой гашеной известью (Ca(OH)) в первой ступени и частичками активированного угля во второй ступени очистки, причем кассеты обеих ступеней расположены внутри газовых каналов, образуя пластинчатый теплообменник, под которым устроены наклонные лотки, сообщающиеся со сборным карманом, соединенным с дренажным трубопроводом через гидрозатвор [Патент РФ №2321445, МПК В01D 53/60, 2008].
2
Основным недостатком известной насадки являются сложность и громоздкость конструкции, необходимость охлаждения дымовых газов до температуры ниже точки росы, обусловленные этим падение тяги в газоходе и появление конденсата, который приходится сбрасывать в канализацию, низкая механическая прочность и невозможность регенерации активированного угля и (Ca(OH) непосредственно по месту размещения насадки, что уменьшает срок эксплуатации и снижает надежность и эффективность ее работы.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является насадка для дымовой трубы, содержащая корпус, состоящий из технологической секции, верхнего и нижнего стыковочных узлов, с размещенными внутри его на верхней и нижней границах технологической секции верхней и нижней съемными решетками, между которыми установлены съемные вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры, образующие между собой вертикальные зигзагообразные газовые каналы, причем внутренняя поверхность технологической секции покрыта изнутри перфорированным кожухом с образованием между ним и внутренней поверхностью технологической секции полости, при этом вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры и полость заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры и плоский перфорированный кожух выполнены из коррозионностойкого материала, а верхний и нижний стыковочные узлы соединены с дефлектором и дымовой трубой, соответственно [Патент на полез. модель РФ №143738, МПК В01D 53/60, 2014].
Основным недостатком известной насадки являются высокое аэродинамическое сопротивление и необходимость подвода воды для периодической регенерации непосредственно по месту размещения насадки, что усложняет ее конструкцию, снижает надежность и эффективность ее работы.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности экологичной насадки для дымовой трубы.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая экологичная насадка для дымовой трубы содержит корпус, выполненный из коррозионностойкого материала, в виде вертикального цилиндрического тороидального перфорированного со всех сторон, патрубка, полость которого заполнена гранулами пемзы ,  изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, снабженный снизу внутренним вертикальным установочным кольцом 3, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти,  на тороидальный патрубок надет дефлектор, диаметр конической крышки которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка, а сам патрубок  вставлен установочным кольцом  вовнутрь устья  дымовой трубы, снабженного наружным кольцевым наклонным козырьком, причем углы наклона конической крышки дефлектора и наклонного козырька равны углу естественного откоса воды.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид экологичной насадки для дымовой трубы (ЭНДТ), на фиг. 2 – поперечный разрез, на фиг. 3 – узел стыковки ЭНДТ с дымовой трубой.
ЭНДТ содержит корпус, выполненный из коррозионностойкого материала в виде вертикального цилиндрического тороидального перфорированного со всех сторон, патрубка 1, полость которого заполнена гранулами пемзы 2,  изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, снабженный снизу внутренним вертикальным установочным кольцом 3, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти 4,  причем на тороидальный патрубок 1 надет дефлектор  5, диаметр конической крышки 6 которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка 1, а угол наклона равен углу естественного откоса воды, сам патрубок 1 вставлен установочным кольцом 3 вовнутрь устья  дымовой трубы 7, снабженного наружным кольцевым наклонным козырьком 8, угол наклона которого также равен углу естественного откоса воды.
Примечание.
2
2
3
x
x
Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой, состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO, AlO, MnO) c модулем основности М>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 2 основные свойства, позволяя сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, присутствующие в дымовых газах (NO, SO, СО), а высокая пористость их структуры создает высокую удельную поверхность, что, в конечном итоге, позволяет использовать гранулы 2 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при температуре выше точки росы. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 2 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы.
x
x
2
3
3
2
4
Предлагаемая ЭНДТ работает следующим образом. Дымовые газы теплогенератора из дымовой трубы 7 на выходе закручиваются при прохождении направляющих лопаток 4, после чего, вращающийся газовый поток, поступает в перфорированный тороидальный патрубок 1, где за счет вращения дымовые газы проникают  через отверстия в стенках перфорированного патрубка, заполненного  гранулами 2 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 2 назначен из условий максимального заполнения полости  патрубка 1 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). Поток дымовых газов, проходя патрубок 1 и многократно попадая на поверхность гранул 2 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO, SO, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 2. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 2 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента–гранул 2 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия – М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в дымовых газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива) со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO и SО. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 2 в результате капиллярной конденсации паров воды, находящихся в дымовых газах, с образованием соответствующих кислот HNO и HSO. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 2  оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные дымовые газы из патрубка 1 поступают в дефлектор 5, откуда выбрасываются в атмосферу. При этом, дополнительная тяга, которую создает дефлектор 5 [В. Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II.–М.; Стройиздат, 1978, с. 309]. используется на преодоление сопротивления направляющих лопастей 4, не уменьшая тяги в дымовой трубе, а высокопористая структура гранул 2, которыми заполнена полость патрубка 1, обеспечивают надежную теплоизоляцию ЭНТД в зимнее время.
Регенерация гранул шлаковой пемзы 2 осуществляется водой, поступающей с осадками из атмосферы. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 2 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 2 водой.  Дождевая вода или талая вода из снега  поступает в полость патрубка 1 с наклонной поверхности конической крышки 6 дефлектора 5. Проходя сверху–вниз через полость патрубка 1,  она омывает 2 и поглощает адсорбированные вредные компоненты на поверхности и в порах гранул 2 , в результате чего для регенерации не требуется подвод промывочной воды. Вода, насыщенная вредными компонентами, вымытыми из гранул 2 в полости патрубка 1, стекает оттуда по наклонному козырьку 8 на крышу здания (на фиг. 1–3 не показана), откуда попадает в ливневую канализацию, смешиваясь с остальными стоками.
Размеры ЭНДТ, а также суммарный объем гранул 2, определяются в зависимости от мощности теплогенератора, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов.
Таким образом, предлагаемая конструкция экологичной  насадки для дымовой трубы позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очищать дымовые газы от вредных примесей, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков c модулем основности М>1, а в качестве промывочной воды – атмосферные осадки, что повышает ее надежность и эффективность