Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов
GREENHOUSE WITH CLEANING AND INTEGRATED WASTE GASES RECYCLING

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и сельскому хозяйству и может быть использовано для повышения урожайности в овощеводстве закрытого грунта совместно с очисткой и утилизацией газообразных продуктов сгорания теплоэнергетических установок и двигателей внутреннего сгорания.
4
Известна газовоздушная установка для создания микроклимата в теплицах, включающая огневую камеру с горелками для сжигания газа и распределительным коллектором, теплообменник, вентилятор, форсунки для распыления воды, трубопроводы с регулировочными заслонками, дымосос, в которой за счет тепла дымовых газов подогревается воздух и осуществляется его смешение с дымовыми газами для обогащения его углекислым газом перед подачей в теплицу [А.с. СССР №18451, МКл.А 01G, бюл. №14, 1966].
Основными недостаткам известного устройства являются невозможность очистки в нем дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы перед подачей их в теплицу, присутствие которых в обогреваемом воздухе отрицательно влияет на развитие растений в теплице, что снижает экономические и экологические показатели установки.
Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов, включающее зону обработки, соединенную с транзитным газоходом через отводной газоход, в которую входят вертикальный трубчатый теплообменник–абсорбер, состоящий из соединенных последовательно по газу в трубном пространстве сверху-вниз, воздухоподогревателя и конденсатора, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, а по газу с эжектором, газоходом рабочей смеси и теплицей, в крыше которой размещен дефлектор, причем межтрубное пространство воздухоподогревателя соединено с дутьевым воздуховодом, а межтрубное пространство конденсатора соединено с газоходом наружного воздуха и вентилятором [Патент РФ №2377058, МПК В 01 D 53/60, А 01G 9/18, бюл. №36, 2009].
Основным недостатком известного устройства является использование в зоне обработки трубчатых теплообменников, обусловливающее высокое аэродинамическое сопротивление установки и ее высокую стоимость, отсутствие камеры окисления, снижающее скорость окисления монооксидов азота до диоксидов, что в конечном счете уменьшает экономическую и экологическую эффективность известного устройства.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности теплицы с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов.
Технический результат достигается в теплице с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов, включающей зону обработки, соединенную с транзитным газоходом и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход, вентилятора, эжектора, камеры окисления, снабженной распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором, и гидрозатвором, газовоздушного коллектора, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы, установленным на правый и левый ряды вертикальных пластинчатых теплообменников, примыкающих своими торцами к опорным стойкам, в крыше которого устроен дефлектор, при этом каждый вертикальный пластинчатый теплообменник состоит из вертикального прямоугольного корпуса с внутренней вертикальной перегородкой, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, причем вертикальная перегородка установлена с образованием нижней переточной щели, в верхней части внутренней стенки корпуса устроена горизонтальная распределительная щель, в верхней части наружной стенки корпуса вертикального пластинчатого теплообменника устроен газовоздушный штуцер, соединенный с правой или левой ветвью  газовоздушного коллектора, в днище корпуса устроен штуцер слива конденсата, соединенный с правой или левой ветвью  конденсатного коллектора, соединенного с камерой окисления через гидрозатвор и с анионитовым фильтром.
В основу работы предлагаемого устройства положены особенности состава дымовых и выхлопных газов теплоэнергетических агрегатов и двигателей внутреннего сгорания, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., диоксид углерода (7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975, с.15]; высокая скорость кислотообразования в условиях конденсации водяных паров нитрозных газов [Олевский В.М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности – М.: Химия, 1985, с.42], возможность использования азотнокислого натрия в качестве удобрения [Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. – Л.: Химия, 1983, с. 226] и способность растений в процессе фотосинтеза усваивать диоксид углерода с выделением кислорода [Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004, с.210]. Кроме того, нагрев воздуха в конденсаторе 2–й ступени 8, высота вытяжной трубы 13 с дефлектором 14 создают в вертикальных воздушных каналах 16 для воздушного потока самотягу [Ю. П. Гусев Основы проектирования котельных установок – М.: Стройиздат, 1977, с.143].
Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов (ТОКУСГ) изображена на фиг. 1–5 (фиг. 1 – общий вид ТОКУСГ, фиг. 2–4 – план и разрезы теплицы, фиг. 4 – узел теплообменника–газораспределителя 11).
Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов (ТОКУСГ) содержит зону обработки, соединенную с транзитным газоходом 1 и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход 2, вентилятора 3, эжектора 4, камеры окисления 5 с размещенным в ней распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором (на фиг. 1–5 не показаны) и гидрозатвором 6, газовоздушного коллектора 7, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы 8, установленным на правый и левый ряды 9 и 10 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 11, примыкающих своими торцами к опорным стойкам 12, в крыше которого устроен дефлектор 13, при этом каждый ВТПО 11 состоит из вертикального прямоугольного корпуса 14 с внутренней вертикальной перегородкой 15, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью  и коррозионной стойкостью, причем вертикальная перегородка 15 установлена с образованием нижней переточной щели 16, в верхней части внутренней стенки корпуса 14 устроена горизонтальная распределительная щель 17, в верхней части наружной стенки корпуса 14 устроен газовоздушный штуцер 18, соединенный с правой или левой ветвью газовоздушного коллектора 7, в днище корпуса 14 устроен штуцер слива конденсата 19, соединенный с правой или левой ветвью конденсатного коллектора 20, соединенного с камерой окисления 5 через гидрозатвор 6 и с анионитовым фильтром 21.
Перед началом работы ТОКУСГ предварительно на нулевой отметке осуществляется монтаж правого 9 и левого 10 рядов ВТПО 11 между опорными  стойками 12, к которым крепится корпус теплицы 8 (узлы крепления на фиг. 1–5 не показаны), после чего производится монтаж остального оборудования. Работа ТОКУСГ происходит следующим образом.
3
Сбросные газы теплогенерирующей установки или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (на фиг. 1–5 не показаны), количество которых обусловлено производительностью ТОКУСГ, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемым дымососом или ДВС, через отводной газоход 2 направляются в зону обработки в эжектор 4, в который также подается наружный воздух высоконапорным вентилятором 3 и где происходит смешение газов с наружным воздухом и снижение их температуры. Из эжектора 4 охлажденная газовоздушная смесь поступает в камеру окисления 5, где смешивается с озоновоздушной смесью, поступающей из озонатора и распределителя озоновоздушной смеси (на фиг. 1–5 не показаны), и происходит процесс окисления большей части монооксидов азота до диоксидов, начало процессов конденсации водяных паров и абсорбция образовавшимся конденсатом диоксидов азота, после чего газовоздушная смесь через правую и левую ветви газовоздушного коллектора 7 поступает в правый и левый ряды 9 и 10 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 11. В ВТПО 11 газовоздушная смесь окончательно охлаждается наружным воздухом с наружной стороны и внутренним воздухом теплицы 8 с внутренней стороны до температуры 40–45°С с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам ВТПО 11, в результате чего происходит окисление оставшихся монооксидов азота до высших с высокой скоростью, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров. Далее, окончательно очищенные и охлажденные газы через распределительные щели 17 ВТПО 11 направляются в теплицу 8, где в результате процесса фотосинтеза диоксид углерода усваивается растениями с выделением кислорода, одновременно интенсифицируя их рост, после чего газовоздушная смесь, обогащенная кислородом, за счет разрежения, создаваемого дефлектором 13, выбрасывается в атмосферу. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из ВТПО 11 и камеры окисления 6 через конденсатный коллектор 20 поступает в анионитовый фильтр 21, где очищается от кислотных компонентов и направляется в конденсатный бак (на фиг. 1–5 не показан), откуда используется для подпитки котельного агрегата или ДВС. После регенерации анионита анионитового фильтра 21 раствором NaОН получают водный раствор NaNO, который в качестве удобрения используется для повышения урожайности в теплице 8.
При этом отдельная окислительная камера 5 в ТОКУСГ позволяет увеличить скорость окисления оксидов азота, а замена трубчатых теплообменников рядами вертикальных пластинчатых теплообменников, являющихся как бы прозрачным фундаментом теплицы 8, охлаждаемых наружным воздухом снаружи и внутренним воздухом теплицы 8 изнутри за счет естественной тяги, создаваемой разностью его плотностей и дефлектором 13, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление по газу, значительно снизить температуру сбросных газов без дополнительной затраты энергии на транспортировку охлаждающего воздуха и упростить конструкцию устройства.
Таким образом, предлагаемая теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов обеспечивает упрощение конструкции устройства, увеличение степени очистки сбросных газов, утилизацию их тепла для обогрева теплицы и доставку диоксида углерода, который усваивается растениями с выделением кислорода, что повышает экологическую и экономическую эффективность установки.