Блок очистки высокотемпературных дымовых газов

Полезная модель относится к области очистки высокотемпературных технологических газов, в частности очистки высокотемпературных дымовых газов, дымовых газов дизельных установок, очистки технологических газов сталеплавильных печей с дальнейшим использованием выделяемого ими тепла и может быть применена в теплоэнергетической, металлургической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Теплоутилизаторы высокотемпературных дымовых газов предназначены для использования теплоты высокотемпературных газов. Основным элементом теплоутилизаторов являются поверхности нагрева, которые расположены внутри его корпуса. Утилизация теплоты обеспечивается за счет передачи теплоты высокотемпературных газов поверхностям нагрева, при этом высокотемпературные газы, поступающие в полость теплоутилизатора, значительно загрязнены пылью, в состав которой входят соединения кальция, натрия, серы и других веществ, что может привести к появлению отложений на поверхностях нагрева, повышает риск выхода из строя теплоутилизатора и снижает его эффективность. Для решения этой проблемы утилизатор снабжен фильтрующим элементом, обеспечивающим очистку потока газа перед поверхностями теплообмена и снижающим риск выхода теплоутилизатора из строя.
Известен теплоутилизатор высокотемпературных дымовых газов, содержащий корпус, имеющий вход и выход газа, поверхности нагрева, расположенные во внутренней полости корпуса и фильтрующий элемент [CN1563872, дата публикации 12.01.2005г., МПК: B01D 50/00; C01B 33/113; F27D 17/00].
Известен теплоутилизатор высокотемпературных дымовых газов, содержащий корпус, имеющий вход и выход газа, фильтрующий элемент и поверхность нагрева, которая находится в месте установки фильтрующего элемента [DE2229105, дата публикации 10.01.1974 г., МПК: B01D 46/00; B01D 46/04; B01D 46/24; B01D 46/42].
Преимуществом известных устройств является их высокая надежность за счет возможности очистки высокотемпературных газов, взаимодействующих с поверхностями теплообмена. Однако существенным недостатком известных устройств является высокий риск загрязнения внутренней поверхности корпуса до места установки фильтрующего элемента из-за отсутствия средств очистки потока газа на входе устройства и высокой адгезионной способности нагретых частиц примесей, вследствие чего может произойти образование отложений частиц примесей на поверхности теплообмена теплоутилизатора до места установки фильтрующего элемента.
Для решения этой проблемы применяется блок очистки высокотемпературных дымовых газов, который устанавливается перед теплоутилизатором и обеспечивает возможность предотвращения попадания загрязняющих веществ, вызывающих образование отложений на поверхности теплообмена теплоутилизатора.
Таким устройством является выбранный в качестве прототипа блок очистки высокотемпературных дымовых газов, содержащий корпус, имеющий вход и выход газа, и фильтрующий элемент [JP2005224734, дата публикации 25.08.2005 г., МПК: B01D 46/24; B01D 46/42].
Преимуществом прототипа является возможность очистки потока газа, который попадает внутрь теплоутилизатора, что снижает риск образования отложений частиц примесей на поверхности теплообмена теплоутилизатора и повышает его надежность. Однако существенным недостатком прототипа является высокий риск возникновения повреждения корпуса блока из-за значительного повышения температуры корпуса при контакте с горячими газами перед фильтрующим элементом и неравномерного распределения температур по поверхности корпуса. При этом при контакте частиц, содержащихся в потоке горячего газа, с нагретой поверхностью корпуса блока может существенно увеличиться абразивный износ его внутренней поверхности, увеличивая риск выхода из строя блока очистки и в значительной степени снижая его надежность.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности блока очистки высокотемпературных дымовых газов.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является снижение риска возникновения повреждения корпуса блока очистки высокотемпературных дымовых газов.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит корпус и фильтрующий элемент. В отличие от прототипа блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит средство охлаждения корпуса.
Средство охлаждения корпуса обеспечивает возможность снижения температуры и теплового напряжения корпуса. Средство охлаждения корпуса может быть выполнено в виде горизонтального или вертикального пакета труб либо рубашки охлаждения, заполненной охлаждающим агентом. При этом в качестве охлаждающего агента может применяться вода, воздух, антифриз и др.
Средство охлаждения корпуса может быть установлено с любой стороны корпуса, например, с внутренней и/или наружной стороны корпуса, и/или внутри стенки корпуса. При этом установка средства охлаждения корпуса с наружной стороны позволит снизить риск повреждения средства охлаждения корпуса, из-за воздействия на него потока газа, и выхода его из строя, тем самым снижая риск возникновения повреждения корпуса вследствие перегрева.
Средство охлаждения корпуса может быть установлено в любом месте корпуса. При этом средство охлаждения корпуса может быть установлено в областях корпуса, испытывающих наибольшие термические нагрузки, например, в области входа газов и/или в области выхода газов, и/или в области фильтрующего элемента. При этом установка средства охлаждения корпуса в области фильтрующего элемента дополнительно обеспечивает возможность снижения риска возникновения абразивного износа корпуса за счет снижения температуры корпуса в области наибольшей концентрации высокотемпературных газов.
Фильтрующий элемент обеспечивает возможность очистки газов от мелкодисперсных частиц примесей и снижает риск увеличения абразивного износа внутренней поверхности корпуса блока очистки высокотемпературных дымовых газов, а также теплоутилизатора.
Фильтрующий элемент может быть выполнен в виде рукава или чаши и может иметь при этом форму цилиндра, параллелепипеда или конуса, либо он может иметь плоскую конструкцию и иметь форму поперечного сечения того места корпуса, где он установлен, например, он может иметь круглую или овальную форму.
Фильтрующий элемент может быть выполнен из любого материала, обеспечивающего его устойчивость к воздействию высокотемпературных газов, например, из волокон ароматических полиамидов, политетрафторэтилена или спеченных керамических волокон.
Дополнительно блок может содержать несколько фильтрующих элементов, что обеспечит снижение риска увеличения абразивного износа внутренней поверхности корпуса за фильтрующими элементами. При этом фильтрующие элементы могут быть соединены между собой посредством установки в одну плиту либо в одну раму или каркас, либо они могут быть соединены между собой любыми другими известными способами.
Дополнительно блок очистки высокотемпературных дымовых газов может содержать средство регенерации фильтрующего элемента, что обеспечит снижение риска абразивного износа внутренней поверхности корпуса из-за повторного попадания отфильтрованных частиц в поток горячего газа с поверхности фильтрующего элемента, а также увеличит срок службы блока без необходимости замены фильтрующего элемента. При этом средство регенерации фильтрующего элемента может быть содержать узел импульсного и/или аэродинамического, и/или вибрационного воздействия на фильтрующий элемент. Узел импульсного воздействия обеспечивает возможность встряхивания фильтрующего элемента за счет резкого увеличения объема газа и может представлять собой газовую камеру, подводящий коллектор, источник искрового разряда и др. Узел аэродинамического воздействия обеспечивает возможность обдува поверхности фильтрующего элемента потоком сжатого газа в направлении обратном движению высокотемпературных газов и может представлять собой рампу с форсунками, пневматическую линию, компрессор и др. Узел вибрационного воздействия обеспечивает возможность совершения высокочастотного возвратно-поступательного действия фильтрующим элементом и может представлять собой электродвигатель, снабженный рычажно-кулачковым механизмом или эксцентриковым маятником, либо подпружиненные электромагнитные катушки и др.
Дополнительно для снижения риска образования отложений частиц примесей на внутренней поверхности блок очистки высокотемпературных дымовых газов может содержать газоимпульсное, магнитоимпульсное или молотковое средство очистки от отложений частиц примесей. При этом газоимпульсное средство очистки может обеспечивать очистку от частиц примесей за счет подачи, поджигания и резкого расширения взрывоопасной смеси во внутренней полости корпуса. Магнитоимпульсное средство очистки может обеспечивать очистку от частиц примесей за счет прерывистого воздействия магнитного поля на корпус. Молотковое средство очистки от частиц примесей может обеспечивать очистку от частиц примесей за счет ударного воздействия на корпус.
Дополнительно блок очистки высокотемпературных дымовых газов может содержать средство выгрузки частиц примесей, что обеспечит снижение риска возникновения повреждения корпуса за счет снижения риска попадания частиц примесей в поток газа со дна, а также обеспечит снижение сопротивления потоку газа, которое оказывают ему частицы примесей, и увеличит срок службы блока с сохранением его пропускной способности. При этом средство выгрузки может быть выполнено в виде отверстия с заслонкой, бункера, шлюза, шнекового транспортера, скреперного подъемника или аэрожелобов.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что блок очистки содержит средство охлаждения корпуса, что обеспечивает возможность снижения температуры и выравнивания температурного напряжения корпуса, позволяя снизить абразивный износ его внутренней поверхности частицами пыли, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска возникновения повреждения корпуса блока очистки высокотемпературных дымовых газов, тем самым повышая надежность блока очистки высокотемпературных дымовых газов.
Наличие отличительного существенного признака позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Фиг.1 – блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит средство охлаждения корпуса, выполненное в виде рубашки охлаждения и расположенное по всей длине корпуса, вид слева, продольный разрез.
Фиг.2 – блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит средство охлаждения корпуса, выполненное в виде горизонтального пакета труб, расположенного в области установки фильтрующего элемента, при этом блок содержит средство регенерации, содержащее узел импульсного воздействия на фильтрующий элемент, и средство выгрузки в виде бункера, вид слева, продольный разрез.
Фиг.3 – блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит средство охлаждения корпуса, выполненное в виде вертикального пакета труб и расположенное в месте закрепления фильтрующего элемента, при этом блок содержит средство регенерации, содержащее узел аэродинамического воздействия, и средство выгрузки в виде шлюза, вид слева, продольный разрез.
Блок очистки высокотемпературных дымовых газов содержит корпус 1, имеющий входной патрубок 2, выходной патрубок 3 высокотемпературных газов, фильтрующий элемент 4, средство 5 охлаждения корпуса, имеющее входной патрубок 6 и выходной патрубок 7 охлаждающего агента, средство 8 регенерации фильтрующего элемента и средство 9 выгрузки частиц примесей.
Полезная модель работает следующим образом.
Высокотемпературные газы подаются во входной патрубок 2, движутся внутри корпуса 1 и попадают в фильтрующий элемент 4. При этом в средство 5 охлаждения корпуса подается охлаждающий агент, имеющий температуру ниже температуры газов, находящихся внутри корпуса 1. Охлаждающий агент подается во входной патрубок 6 и движется внутри средства 5 охлаждения корпуса к выходному патрубку 7 охлаждающего агента. При этом за счет теплообмена, происходящего между корпусом 1 и охлаждающим агентом, циркулирующим внутри средства 5 охлаждения корпуса, снижается и выравнивается тепловое напряжение корпуса 1, за счет чего снижается абразивное воздействие крупнодисперсных и мелкодисперсных частиц примесей на охлажденную поверхность корпуса 1. При этом за счет средства 8 регенерации фильтрующего элемента с поверхности фильтрующего элемента 4 удаляются отфильтрованные частицы примесей, что снижает риск их повторного попадания в поток газа и контакта с внутренней поверхностью корпуса 1, а за счет средства 9 выгрузки обеспечивается возможность удаления отфильтрованных частиц примесей, снижая риск их повторного взвешивания в поток газа со дна корпуса 1.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в снижении риска возникновения повреждения корпуса блока очистки высокотемпературных дымовых газов, тем самым повышается надежность блока очистки высокотемпературных дымовых газов.