УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для охлаждения и очистки дымовых газов и может быть применено для обработки воздушных потоков от кухонного оборудования, работающего на открытом пламени (до 700°С) в помещениях горячих цехов (кафе, ресторанов и т.п.), а также в других случаях. Оно может использоваться как элемент системы вентиляции, значительно снижающий уровень риска пожарной опасности, т.к. воздух, разогретый до указанной температуры, может служить причиной возгорания конструкций, контактирующих с дымоходом.
Известно устройство для очистки дымовых газов (а.с. СССР №245265), в котором в вертикальном дымоходе установлены поочередно одна над другой вставки в сопла для подачи холодного воздуха и пара. Смесь дымовых газов и пара подвергается воздействию холодного воздуха, пар конденсируется на твердых частицах и осаждается. Это устройство для существенного охлаждения очень горячих дымовых газов требует значительной высоты дымохода, и не любая конструкция здания допускает его установку.
Известны устройства для мокрой очистки дымовых газов (скрубберы, см. [Политехнический словарь, М.: «Советская энциклопедия», 1980, стр.482]: скруббер - аппарат для улавливания твердых и газообразных примесей из газовой смеси), содержащие набор форсунок, из которых вода взбрызгивается в поток дымовых газов, охлаждая и очищая его (например, а.с. СССР №927279, патент США №4012208, патент РФ №2017050 и т.п.). Они содержат корпус, оросительную систему и дренажные устройства для отвода осажденной воды с шламом. Описанные в указанных публикациях устройства предназначены для установки на верху дымовой трубы, поэтому они никак не снижают опасность возгорания контактирующих с дымовой трубой элементов конструкции здания.
Известен золоуловитель для мокрой очистки дымовых газов (патент РФ №2306485). Он содержит входной патрубок, ориентированный так, что дымовые газы вводятся горизонтально, систему орошения, состоящую из форсунки, установленных во входном патрубке, улиточный влагозолоотделитель, выходной патрубок, направляющий
очищенный поток вверх, дренажную систему для выпуска водозоловой смеси. Дымовые газы входят во входной патрубок (горизонтально), через форсунки разбрызгивается вода в виде капель, орошая загрязненный газовый поток, в патрубке происходит процесс сбора золовых частиц вокруг капель воды, после чего газовый поток направляется в улиточный влагозолоотделитель, разделяющий очищенный поток и водозоловую смесь, после чего очищенный поток проходит через скруббер-каплеуловитель (осушитель). В этом патенте описано множество требований к форме окна входного патрубка и особенностям устройства влагозолоотделителя. Использование этой конструкции для очень горячего воздуха (до 700°С) может вызывать ее деформацию и нарушение требований, обеспечивающих ее оптимальную работу. Недостатком ее также является сложность конструкции.
Известна конструкция, состоящая из скруббера и его подводящего газохода, описанная в патенте РФ №2306486. Подводящий газоход имеет входной щелевой участок, ориентированный так, что поток дымовых газов входит сверху вниз, зону, в которой направление газа изменяется, а также основной (горизонтальный или наклоненный) участок, подключенный к скрубберу. Особенностью газохода является выполнение внутренних поверхностей пода и перекрытия входного участка полуцилиндрическими с продольными осями внутри газохода, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном высоте боковых стен, и длины входного участка, соизмеримой с радиусом внутренних полуцилиндрических поверхностей пода и перекрытия. Конструкция скруббера в патенте РФ №2306486 не раскрыта. Недостатком этого решения является то, что оно не позволяет охладить сильно разогретый (до 700°С) поток газа.
Известны устройства для охлаждения и очистки потока газа (например, патенты США №№3522000, 5567215, 5599382, 5707426 и др.), в которых поток газа обтекает систему трубопроводов с охлаждающей жидкостью, и, кроме того, в поток газа распыляют воду для его очистки и дополнительного охлаждения. Например, охлаждающе-очищающая система, описанная в патенте США №5368096, содержит охлаждающую секцию с трубопроводом для отвода тепла, форсунки, орошающие газовый поток водой, дырчатый лист (решетку) для фильтрации потока и конденсирующую секцию для осушения обрабатываемого потока газа. К недостаткам этих решений относится то, что наличие системы трубопроводов оправдывает себя при необходимости использования тепла, отбираемого от охлаждаемого потока, но усложняет конструкцию.
Известен скруббер-теплоутилизатор (а.с. СССР №1527455), который включает входной и выходной участки, расположенные под углом, первую трубчатку (трубопровод), поперечные ряды форсунок на верхней и нижней стенках входного
участка, поддон для сбора воды, вторую трубчатку (трубопровод), установленную на нижней стенке выходного участка, жалюзи (осушитель), установленные в конце выходного участка. Загрязненные горячие газы подаются во входной участок, жидкость, распыленная через форсунки, улавливает загрязнения, попадает на трубчатки и отдает тепло. Очищенный и охлажденный газ переходит в выходной участок и отводится, при этом содержащиеся в нем пары конденсируются на жалюзи и стекают вниз. Недостатком решения является необходимость изготовления системы трубопроводов, а также то, что очищение потока только за счет взаимодействия его с распыляемой водой и при прекращении подачи воды к форсункам поток практически не будет охлаждаться.
Наиболее близкой к предлагаемому решения является высокоскоростная система для обработки дымового газа, описанная в патенте США №5787821. Она содержит корпус сложной формы, имеющий впускное отверстие для обрабатываемых газов, установленный после впускного отверстия трубчатый теплообменник, через который поток газа проходит сверху вниз, дырчатый лист (перфорированную пластину или решетку) для фильтрации газа, установленную поперек потока, оросительную систему в виде набора форсунок, разбрызгивающих смешанную с реагентом воду внутри потока, дренажную (сливную) систему и осушители потока газов. Опять же, наличие системы трубопроводов оправдывает себя при необходимости использования тепла, отбираемого от охлаждаемого потока, но для некоторых применений неприемлемо усложняет конструкцию.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для охлаждения и очистки горячих дымовых газов с простой конструкцией, низким аэродинамическим сопротивлением (обеспечение тяги вентиляции) и с возможностью его установки в любом здании почти сразу после кухонного оборудования для устранения пожарной опасности при прохождении дымового газа через дымоход.
Задача решается с помощью устройства для охлаждения и очистки дымовых газов, содержащего корпус с впускным и выпускным отверстиями, как минимум один дырчатый лист, оросительную систему с набором форсунок, сливную систему и осушитель газов, установленный перед выпускным отверстием, отличающегося тем, что корпус выполнен таким образом, что в рабочем состоянии устройства на дне корпуса имеется слой воды, а впускное отверстие расположено так, что входящий поток дымовых газов направлен ко дну корпуса.
Упомянутый дырчатый лист установлен в средней части корпуса под углом к потоку дымовых газов.
Упомянутый набор форсунок установлен вблизи упомянутого дырчатого листа и направлен на него.
В средней части корпуса за упомянутым дырчатым листом имеется второй дырчатый лист, установленный под другим углом к потоку дымовых газов.
Имеется второй набор форсунок, установленный вблизи второго дырчатого листа и направленный на него.
Имеется люк, через который обеспечивается доступ к дырчатым листам для технологического обслуживания.
Дырчатый лист выполнен в виде решетки с размером отверстий 0,2-1 мм.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, эффективно охлаждает и очищает поток газов, не препятствует свободному течению потока газов через воздуховод, может быть установлен сразу после высокотемпературного оборудования и значительно уменьшает опасность пожара.
Предлагаемое решение поясняется фигурами.
На фиг.1 показано схематическое изображение устройства.
На фиг.2 в увеличенном масштабе показан осушитель.
На фиг.3 показан вариант размещения устройства в системе вентиляции мангала.
Предлагаемое устройство имеет корпус 1, представляющий собой в простейшем исполнении герметичную прямоугольную емкость, изготовленную, например, из листовой нержавеющей стали. Корпус 1 имеет впускное отверстие 2 и выпускное отверстие 3. Корпус 1 впускным отверстием 2 соединен с впускным воздуховодом 4, например, с помощью фланца. Выпускным отверстием 3 корпус 1 соединен с выпускным воздуховодом 5 системы вентиляции. Габаритные размеры, а также площади впускных и выпускных сечений являются расчетными величинами, непосредственно зависящими от производительности и прочих особенностей системы вентиляции.
Устройство содержит оросительную систему с набором форсунок 6, снабженных водоподводящими трубками (на фигурах не показаны), через которые в форсунки 6, а через них в корпус 1 поступает вода.
Устройство содержит как минимум один дырчатый лист (сепаратор) 8, установленный на пути потока газов. Дырчатый лист 8 может быть выполнен, например, в виде решетки (сетки) из нержавеющей проволоки с размером отверстий примерно 0,2-1 мм.
Устройство содержит также осушитель газов 9, установленный на пути потока газов перед выпускным отверстием 3 (т.е. после листа/листов 8). Осушитель газов 9 может быть выполнен, например, в виде лабиринта (или жалюзи), через который поток газа
проходит, отталкиваясь от его плоскостей и оставляя капли воды. Вариант исполнения осушителя 9 показан на фиг.2.
Устройство содержит сливную (дренажную) систему, выполненную в виде отверстия 7 на дне корпуса 1 и перепускного отверстия 13 в боковой стенке корпуса 1. Она предназначена для удаления воды, загрязненной золой, жиром и другими примесями. Отработанная вода сбрасывается через жироуловитель в канализацию либо в замкнутую циркуляционную систему с периодической подпиткой воды из водопроводной сети. Отверстия 7 и 13 объединены трубопроводом 10, подключенный к системе канализации. Сразу ниже отверстия 7 имеется запорный вентиль 14, закрытый при обычном функционировании устройства и открываемый для полного слива воды из корпуса 1. Слив из отверстия 13 не перекрывается.
Важным существенным отличительным признаком предлагаемого решения является то, что корпус 1 выполнен таким образом, что в рабочем состоянии устройства на дне корпуса имеется слой воды 11. Это обеспечивается описанной выше конструкцией сливной системы. Перепускное отверстие 13 расположено на некотором расстоянии от дна корпуса 1 (например, 2-20 см), и это расстояние определяет толщину слоя воды.
Также важно, что впускное отверстие 2 расположено так, что входящий поток дымовых газов направлен ко дну корпуса 1.
Оптимально, что дырчатый лист 8 установлен в средней части корпуса 1 под углом к потоку дымовых газов. Набор форсунок 6 установлен вблизи листа 8 и направлен на него.
В средней части корпуса 1 за листом 8 для повышения качества очистки имеется второй дырчатый лист 18, установленный под другим углом к потоку дымовых газов. Имеется второй набор форсунок 16, также снабженный водоподводящими трубками и установленный вблизи второго дырчатого листа 18 и направленный на него.
В средней части корпуса вверху имеется также люк 12, через который обеспечивается доступ к листам 8 и 18, форсункам 6 и 16, благодаря чему возможна их технологическое обслуживание (очистка).
Для понимания функционирования устройства его можно представить состоящим из трех камер: впускной камеры I, камеры орошения II и выпускной камеры III.
Впускная камера I является продолжением впускного воздуховода 4 и имеет с ним одинаковую площадь сечения. Она предназначена для первичной инерционной очистки отработанного воздуха от присутствующих в нем взвешенных твердых частиц (зола, угольная пыль, а также сажа и жир, отделяющиеся от внутренних стенок воздуховода 4
вентиляционной трассы. Фильтрующим элементом в камере I является слой воды 11, уровень которого поддерживается в соответствии с расположением отверстия 13.
Камера орошения II содержит дырчатые листы 8 и 18 и наборы форсунок 6 и 16. Эта камера предназначена для охлаждения и увлажнения газов. В ней происходит основная фаза очистки от жира и сажи. Загрязнения осаждаются на листах 8 и 18.
Выпускная камера III предназначена для обезвоживания охлажденного воздуха с помощью осушителя газов 9.
Устройство работает следующим образом.
Через форсунки 6 и 16 в корпус 1 подают воду. Устройство, подключенное к воздуховодам 4 и 5, готово к работе. Дымовые газы входят в отверстие 2 в направлении сверху вниз, так что направляются ко дну корпуса 1. Крупные горячие частицы золы частицы из-за своей инертности попадают в слой воды и остаются там. Поток газов поворачивает в направлении дырчатого листа 8. Прежде чем достичь листа 8, поток газа орошается водой из форсунок 6 и охлаждается за счет этого. На сепараторе 8 происходит очищение потока от жира и сажи. Затем поток газов орошается форсунками 16 и еще охлаждается, проходит через дырчатый лист 18 и дополнительно очищается. После этого насыщенный паром поток проходит через осушитель 9 и направляется в выпускное отверстие 3. Пар конденсируется на поверхностях осушителя 9.
В случае непредвиденного отключения подачи воды через форсунки 6, 16 слой воды 11 на дне корпуса 1 обеспечивает противопожарную защиту, т.к. за счет испарения воды слоя 11 в условиях высоких температур и ее разбрызгивания турбулентными потоками воздуха снижается вероятность перебрасывания огня от впускного воздуховода 4 к выпускному воздуховоду 5. При этом также осуществляется и охлаждение газов за счет воды, разбрасываемой на листы 8 и 18.
На фиг.3 показан пример использования предлагаемого устройства. Цифрами обозначены: 20 - устройство, 21 - мангал, 22 - зонт местного вентиляционного отсоса, 23 - водопровод, 24 - канализация.
Экспериментально проверено, что предлагаемое устройство обеспечивает эффективное охлаждение и очищение, не препятствует течению потока газов через воздуховод.