ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЗОЛОВЫХ ЧАСТИЦ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК

Область техники
Полезная модель относится к области экологических проблем и может быть использована для очистки и обезвреживания отходящих газов топливосжигающих установок теплоэнергетической и других отраслях промышленности.
Уровень техники
Известен принятый в качестве прототипа патентуемой полезной модели фильтрующий элемент для очистки от мелкодисперсных золовых частиц и обезвреживания токсичных составляющих отходящих газов топливосжигающих установок, содержащий последовательно расположенные слои фильтрующего материала с уменьшающимися в направлении очищаемого газового потока пропускными отверстиями, а также средство каталитического обезвреживания указанных токсичных составляющих и средство регенерации указанного фильтрующего материала (RU 2187003, F01N 3/28, 1998 [1]).
К недостаткам [1] можно отнести
- связанную с преимущественным использованием данного фильтрующего элемента для очистки и обезвреживания высокотемпературных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в условиях ограниченного объема для размещения фильтра необходимость применения жаростойкого фильтрующего материала;
- многократное последовательное пересечение фильтрующего материала очищаемым потоком, требующим в местах разворота потока в обратную сторону газонепроницаемых жаростойких перегородок, что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление фильтрующего тракта;
- согласно [1] средство каталитического обезвреживания токсичных составляющих очищаемого газа представляет собой каталитическое покрытие на одном или нескольких слоях каждой ступени пропускания через него указанного газа. Такое выполнение указанных средств не может обеспечить достаточно эффективной и надежной работы катализатора, с одной стороны, из-за недостаточной его концентрации в тонком покрытии, а с другой стороны, - из-за легкого вымывания тонкого каталитического слоя потоком очищаемого газа и в процессе регенерации фильтрующего материала;
многократное последовательное пересечение очищаемым потоком затрудняет регенерацию фильтрующего материала и уменьшает эффективность фильтрации из-за быстрого роста сопротивления потоку газа ввиду малой пылеемкости фильтра.
Раскрытие полезной модели
Задачей патентуемой полезной модели является повышение эффективности улавливания мелкодисперстных частиц фильтроматериалом и обезвреживания токсичных составляющих очищаемого газового потока в условиях очистки отходящих газов топливосжигающих установок тепловых электростанций (ТЭС) и других стационарных промышленных предприятий, а техническими результатами - исключение необходимости в жаростойкости фильтрующего материала, существенное уменьшение гидравлического сопротивления при существенном увеличение пылеемкости фильтрующего элемента, повышение эффективности и надежности работы катализатора, повышение эффективности и надежности регенерации фильтрующего материала.
Для решения указанной задачи путем достижения указанных технических результатов
Фильтрующий элемент для очистки от мелкодисперсных золовых частиц и обезвреживания токсичных составляющих отходящих газов топливосжигающих установок содержит последовательно расположенные слои фильтрующего материала с уменьшающимися в направлении очищаемого газового потока пропускными отверстиями, а также средство каталитического обезвреживания указанных токсичных составляющих и средство регенерации указанного фильтрующего материала согласно патентуемой полезной модели выполнен однопроходным по отношению к очищаемому газовому потоку, его корпусная оболочка имеет цилиндрическую форму с сетчатой боковой поверхностью, фильтрующий материал имеет три концентрических слоя с уменьшающимися размерами фильтрующих отверстий в направлении от прилегающего к указанной корпусной оболочке наружного лобового к внутреннему финишному слою, указанное средство каталитического обезвреживания токсичных составляющих отходящих газов представляет собой равномерно распределенный в объеме промежуточного слоя фильтрующего материала тонкоизмельченный с дисперсностью от 50 до 70 мкм порошок катализатора на основе палладия, а указанное средство регенерации выполнено единым для всех фильтрующих слоев, и представляет собой расположенною внутри фильтрующего элемента по его оси тупиковую трубку с выведенным за пределы фильтрующего элемента открытым концом для импульсной подачи в указанную трубку сжатого воздуха и равномерно распределенными по боковой поверхности указанной трубки радиальными выпускными соплами.
При этом каждый из указанных концентрических слоев фильтрующего материала преимущественно представляет собой однородную иглопробивную массу волокнистого материала с различными для каждого указанного слоя плотностью упаковки и диаметром волокон при увеличивающемся значении плотности упаковки и убывающем значении диаметра волокон от лобового слоя к финишному.
3
3
3
Плотность упаковки волокон для каждого из указанных слоев от лобового к финишному преимущественно составляет соответственно 130-170 г/м, 230-270 г/м, 330-370 г/м, а диаметр волокон соответственно - 4,5-5,5 мкм, 2,8-3,2 мкм и 1,9-2,1 мкм.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков патентуемой полезной модели и достигаемыми техническими результатами заключается в следующем.
Использование фильтрующего элемента для очистки отходящих газов преимущественно в теплоэнергетической отрасли позволяет исключить необходимость выполнения фильтрующего материала жаростойким, так как температура отходящих газов паровых и водогрейных котлов обычно не превышает 150°С.
Выполнение фильтрующего элемента однопроходным с корпусной оболочкой цилиндрической формы и сетчатой боковой поверхностью и фильтрующим материалом, имеющим три концентрических слоя с уменьшающимися размерами фильтрующих отверстий в направлении от прилегающего к корпусной оболочке наружного лобового к внутреннему финишному слою позволяет при достаточной эффективности улавливания как крупных, так и мелких фракций золовых частиц, уменьшить гидравлическое сопротивление фильтрующего тракта при существенном увеличении пылеемкости фильтра.
Выполнение катализатора для обезвреживания токсичных составляющих отходящих газов в виде тонкоизмельченного порошка на основе палладия с дисперсностью от 50 до 70 мкм, равномерно распределенного в объеме промежуточного слоя фильтрующего материала, позволяет повысить эффективность и надежность работы катализатора за счет существенного увеличения его количества (концентрации) в объеме одного из слоев фильтрующего элемента и предотвращения его вымывания благодаря, во-первых, распространению его во всем объеме слоя, а не только на его поверхности, и, во-вторых, размещению катализатора в промежуточном слое фильтрующего материала между двумя смежными слоями, препятствующими его вымыванию из фильтра как при очистке газов, так и при регенерации фильтрующего материала.
Выполнение средства регенерации в виде расположенной внутри фильтрующего элемента по его оси тупиковой трубки с выведенным за пределы фильтрующего элемента открытым концом для импульсной подачи сжатого воздуха и равномерно распределенными по боковой поверхности указанной трубки радиальными выпускными соплами позволяет повысить эффективность и надежность регенерации фильтрующего материала за счет простоты устройства, одновременной продувки всех слоев фильтрующего материала, возможности регулирования мощности импульсного воздействия регенерирующего потока сжатого воздуха.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 схематически изображен общий вид в продольном разрезе фильтрующего элемента согласно патентуемой полезной модели; на фиг. 2 - в увеличенном масштабе фрагмент участка фильтрующего элемента с изображением слоев фильтрующего материала и размещения в нем катализатора.
Условные обозначения
ДВС - двигатель внутреннего сгорания; ТЭС - тепловая электрическая станция; ФЭ - фильтрующие элементы
Перечень позиций чертежа 10 - каркас; 20 - рукав; 21 - наружный слой; 22 - промежуточный слой; 23 - внутренний слой; 30 - катализатор; 40 - тупиковая трубка; 41 - сопла.
Осуществление полезной модели
3
3
3
Фильтрующий элемент (ФЭ) представляет собой (фиг. 1) цилиндрический каркас 10 с натянутым на него глухим рукавом 20 из однородного иглопробивного волокнистого фильтрующего материала, например, из поливинилсульфида, выдерживающего температуру до 200°С. Фильтрующий материал по толщине рукава согласно полезной модели имеет (фиг. 1, 2) три концентрических слоя 21, 22, 23 с различными для каждого слоя плотностью упаковки и диаметром волокон. Плотность упаковки волокон для каждого из слоев от наружного к внутреннему составляет соответственно 130-170 г/м, 230-270 г/м, 330-370 г/м, диаметр волокон соответственно - 4,5-5,5 мкм, 2,8-3,2 мкм и 1,9-2,1 мкм. Не показанные на чертеже пропускные отверстия (поры) в слоях волокнистого материала различной плотности должны соответствовать назначению улавливать частицы размером: в наружном 21 слое - 4-3 мкм, в промежуточном 22 слое - 3-2 мкм и во внутреннем 23 слое - от 2 мкм и менее. В объеме промежуточного 22 слоя фильтрующего материала равномерно распределен тонкоизмельченный порошок 30 катализатора на основе палладия с дисперсностью 50 - 70 мкм. Средство регенерации фильтрующего материала выполнено единым для всех фильтрующих слоев, и представляет собой расположенною внутри фильтрующего элемента по его оси и прикрепленную к каркасу 10 с помощью радиальных спиц (не показаны) тупиковую трубку 40 с выведенным за пределы фильтрующего элемента открытым концом для импульсной подачи в трубку 40 сжатого воздуха через равномерно распределенные по боковой поверхности указанной трубки радиальные выпускные сопла 41.
Работа фильтрующего элемента согласно патентуемой полезной модели осуществляется следующим образом.
Очищаемый поток отходящих газов при температуре 120-150°С проходит через фильтрующий материал снаружи во внутреннюю полость рукава 20 ФЭ, из которой через открытый конец последнего поступает в короб очищенного газа (не показан).
Одновременно на катализаторе 30 происходит обезвреживание различных токсичных составляющих отходящих газов, в частности, окисление диоксинов и фуранов, а также паров ртути.
По мере забивания фильтрующей поверхности улавливаемой пылью периодически включается подача сжатого воздуха в трубку 40 с пропусканием его через сопла 41 в радиальном направлении обратном направлению потока очищаемых газов, при этом осуществляется не оказывающая влияние на долговечность фильтрующих элементов эффективная регенерация его фильтрующей поверхности с практически полным восстановлением ее фильтрующих свойств.
Промышленная применимость
Фильтрующий элемент согласно патентуемой полезной модели отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и фигурах чертежа достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области теплоэнергетики.