УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к установке для очистки газов согласно ограничительной части п.1 формулы.
Уровень техники
Выбросы газов, таких как дымовые газы, вызывают экологические проблемы не только в случаях, когда они происходят более или менее постоянно в результате, например, производственной деятельности, но также в случае, когда они имеют временный и относительно скоротечный характер, например, в случае пожара. Выброс дымового газа в сочетании с пламенем особенно опасен в подземных помещениях. Обычные вентиляционные системы в подземных сооружениях, таких как гаражи, тоннели, магазины, склады и т.п., часто имеют выходное отверстие на уровне земли, и если требуется отвод дымового газа через такую систему, то нагретый, загрязненный и нередко ядовитый дым выбрасывается в непосредственной близости к людям и другим живым существам. Таким образом, подобные выбросы являются вредными для здоровья, а порой опасными для жизни. Кроме того, выхлопной газ транспортных средств в тоннелях также представляет опасность, поэтому его желательно очищать, хотя бы до некоторой степени, и часть очищенного газа по возможности возвращать в тоннель.
Использование скрубберов в качестве универсального средства очистки газов известно давно. В частности, скрубберы используются для очистки сварочного дыма, газов от кислотных ванн, дымовых газов от промышленных процессов горения и т.д. В основе известных скрубберов обычно лежит использование циркулирующего потока жидкости, при этом для обеспечения наилучшей адсорбции газа газ пропускается по меньшей мере через одно очищающее устройство, которое содержит слои наполняющих частиц или фильтрующих элементов. Однако на практике эта технология недостаточно эффективна, в том числе потому, что наполняющие частицы нагреваются газом и в результате обеспечивают низкую адсорбцию. Еще одним недостатком является быстрое засорение слоев наполняющих частиц, в случае наличия в дымовом газе некоторого количества твердых частиц, таких как сажа, хлопьеобразные частицы и другие твердые частицы определенного размера.
Скруббер согласно ограничительной части п.1 формулы известен из документа WO 98/01213.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является устранение названных выше недостатков известных скрубберов и создание улучшенной установки, которая может быть использована для очистки дымовых газов в сочетании с выхлопными газами транспортных средств, либо для очистки только выхлопных газов транспортных средств.
2
Таким образом, главной задачей настоящей полезной модели является создание скруббера, в частности, пригодного для очистки дымовых газов и/или выхлопных газов транспортных средств, который должен не только обеспечивать эффективную очистку этих газов от твердых и газообразных составляющих, таких как CO, CO и т.д., но и работать оптимальным образом, даже при пропускании через него экстремально большого количества дымовых газов. Иными словами, установка должна работать в течение по меньшей мере нескольких часов без засорения крупными твердыми частицами, которые обычно составляют значительную долю дымовых газов. Еще одной задачей является создание установки, из которой простым способом могут быть удалены отделенные твердые и газообразные составляющие. Еще одной задачей является создание скруббера, который эффективно понижает температуру дымовых газов, протекающих через него, до минимального уровня, перед их выпуском наружу, либо перед возвратом выходящих из установки газов в место, откуда они были взяты.
Согласно предлагаемой полезной модели, по меньшей мере главная задача решена путем реализации признаков, изложенных в отличительной части п.1 формулы.
Предпочтительные варианты реализации скруббера согласно настоящей полезной модели дополнительно раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание одного из вариантов реализации настоящей полезной модели со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематичная иллюстрация первого варианта реализации известного скруббера,
фиг.2 - вид сверху, схематично показывающий второй вариант реализации известного скруббера, и
Фиг.3 - вид сверху, схематично показывающий скруббер согласно настоящей полезной модели.
Подробное описание предпочтительного варианта реализации полезной модели
Уровень техники описан со ссылкой на два разных, показанных на фиг.1 и 2, известных варианта реализации установки для очистки газов, образующихся при горении.
На фиг.1 показан скруббер 1, который в данном примере предназначен для размещения под землей и обслуживания, например, подземной дороги, подземного железнодорожного тоннеля, подземного магазина, подземного гаража и т.п. При описании некоторых компонентов, образующих этот скруббер, дается указание на их положение относительно уровня 2 земли. На уровне земли показано здание 3, через которое очищенный газ может выходить наружу. Скруббер 1 соединен со зданием 3 посредством выхода 4 в форме широкого рукава или широкой трубы. Вход 5 скруббера соединен с широкой трубой, которая образует входной канал 6 для необработанного дымового газа. В канале 6 установлен по меньшей мере один вентилятор 7, посредством которого дымовой газ через отдельные пункты откачки может удаляться из помещений, в которых возник пожар. Также во входном канале может быть установлен по меньшей мере один спринклер 8, 8′ для первоначального увлажнения и охлаждения входящего дымового газа, температура которого зачастую может подниматься до 400°С.
Скруббер 1 имеет коробчатый корпус, содержащий боковые стенки 9, верхнюю стенку 10 и нижнюю стенку 11, в которой имеется сборный поддон 11′. Вода или другая жидкость могут собираться в указанном поддоне и отводиться через дренажный трубопровод 12. Двигаясь через скруббер от входа 5 к выходу 4, входящий дымовой газ проходит очищающие устройства, которые следуют одно за другим в направлении газового потока и первое из которых обозначено номером 13. Три последующих очищающих устройства обозначены как второе 14, третье 15 и четвертое 16 очищающие устройства.
Первое или главное очищающее устройство 13 служит в скруббере в качестве пресепаратора и содержит по меньшей мере одну перфорированную пластину, на передней стороне которой расположена по меньшей мере одна группа первых форсунок 17, назначением которых является обрызгивание указанной передней стороны промывочной жидкостью, в частности, водой (возможно, со специальными добавками). В варианте реализации, показанном на фиг.1, перфорированная стенка состоит из двух пластин 19, 19′, которые расположены под тупым углом друг к другу. Таким образом, пластины 19, 19′ отграничивают нижнюю камеру 20 скруббера. На практике пластины 19, 19′ предпочтительно изготавливают из перфорированного стального листа, имеющего относительно большую толщину, однако допустимы и другие материалы. Используемый стальной лист может иметь толщину 3-6 мм, а диаметр отдельных отверстий 21 может составлять 8-12 мм, предпочтительно 10 мм. Суммарная площадь отверстий 21 должна составлять 25-35%, наиболее целесообразно 30% от площади пластин. Отдельные отверстия могут иметь по существу цилиндрическую форму (по меньшей мере на одном конце может выполняться фаска) и проходить перпендикулярно плоскости пластины.
На некотором расстоянии перед или под пластинами 19, 19′ проходят трубопроводы, каждый из которых снабжен форсунками. Указанные форсунки установлены с возможностью подачи воды по меньшей мере одной струей 24 под углом к плоскости отдельной перфорированной пластины. Для этой цели предпочтительно используются так называемые плоские форсунки, имеющие тонкое удлиненное сопло, благодаря которому они подают воду плоскими струями. При подаче воды под большим давлением, отдельная струя обретает режущие свойства. Важной функцией воды, подаваемой из указанных форсунок 17 под большим давлением, является увлажнение и охлаждение входящего дымового газа а также отделение от него твердых составляющих, таких как хлопья сажи. Не менее важна и функция промывки отверстий 21 пластин.
Следует отметить, что V-образное поперечное сечение конструкции, которое обусловлено наклонным положением пластин 19, 19′, обеспечивает равномерное распределение давления дымового газа, входящего в камеру 20, или, более конкретно, обеспечивает приблизительно одинаковое давление на все отверстия.
На некотором расстоянии над перфорированными пластинами, а именно, в полости 20′, расположены две группы вторых форсунок 25, 25′, которые подают воду навстречу газовому потоку, проходящему сквозь перфорацию. Вода, которая подается из указанных форсунок, дополнительно увлажняет и охлаждает дым или газ. Указанные форсунки установлены на трубопроводах 26.
Указанные трубопроводы соединены с водопроводной системой 27, которая через входной трубопровод 28 подает свежую, относительно холодную воду из подходящего внешнего источника.
Водопроводная система также включает насосы 29 и клапаны 30 для подачи воды надлежащим образом не только в скруббер, но и в расположенные перед ним спринклеры 8, 8′. Поперечные трубопроводы 22, на которых установлены форсунки 17, через коллекторные трубопроводы 26′ также соединены с системой 27.
В варианте реализации, показанном на фиг.2, скруббер 1′ расположен горизонтально между входом 5′ и выходом 4′. Как и в предыдущем варианте реализации, скруббер 1′ содержит пресепаратор 13′. Указанный пресепаратор содержит один, по существу вертикальный перфорированный лист или пластину 19′′. Перед указанным перфорированным листом расположены первые форсунки 17′. За указанным перфорированным листом расположена по меньшей мере одна группа вторых форсунок 25′′. Таким образом, единственной существенной разницей между вариантами реализации, показанными на фиг.1 и 2, является то, что во втором варианте используется одна плоская перфорированная пластина 19′′.
В обоих вариантах реализации очищающие устройства 15, 16 могут состоять из нитей, расположенных с образованием сетки, на которую могут осаждаться капли воды и твердые частицы. На практике предпочтительно могут быть использованы сетчатые конструкции, выпускаемые под товарным знаком KIMRE.
Далее со ссылкой на фиг.3 описан вариант реализации установки согласно настоящей полезной модели. В этом варианте реализации скруббер 1′′′, как и на фиг.2, расположен горизонтально между входом 5′′′ и выходом 4′′′ и содержит по меньшей мере такие же компоненты, что и в варианте реализации, показанном на фиг.2.
Авторы настоящей полезной модели выяснили, что эффективность установки может быть повышена, если она дополнительно содержит следующие компоненты (указанные как они расположены по направлению газового потока):
i) устройство 30′′′ для подачи наночастиц на вход 5′′′;
ii) устройство 31′′′ для подачи тумана на вход 5′′′, предпочтительно расположенное непосредственно за устройством 30′′′;
iii) секция 32′′′ электростатического фильтра, расположенная между вторым и третьим очищающими устройствами 14′′′, 15′′′;
iv) устройство 33′′′ для адсорбции газа, расположенное на передней стороне четвертого очищающего устройства 16′′′;
v) охлаждающее устройство 34′′′, расположенное на передней стороне устройства 33′′′ (не обязательно); и
vi) газовый детектор 35′′′, расположенный на выходе 4 и соединенный с компьютером (не показан), с помощью которого можно регулировать количество различных жидкостей, частиц и тумана, подаваемых в установку, а также производительность вентилятора 7′′′.
Наночастицы, подаваемые на вход 5′′′, содержат химическую смесь, состав которой зависит от состава дымовых газов или выхлопных газов, подлежащих обработке. Частицы могут содержать соль кремниевой кислоты, тальк, каолин, пирофиллит и т.д. Наночастицы, с одной стороны, являются ядрами конденсации для содержащихся в дымовом газе составляющих на этапе обработки паром, а с другой стороны, химически реагируют с указанными составляющими или поглощают их.
Туман образуется путем подачи воды под высоким давлением, например, 70-200 бар, из подходящих форсунок, которые в сочетании с ультразвуковым генератором распыляют воду на входе 5′′′. Указанный туман охлаждает дымовые газы. В известных установках водные капли получали с помощью форсунок, из которых вода просто подавалась под высоким давлением. Однако таким способом получаются относительно крупные капли, которые имеют довольно низкую эффективность охлаждения. Таким образом, путем использования высокого давления в сочетании с ультразвуковым генератором для распыления жидкости эффективность охлаждения может быть существенно повышена.
Кроме того, в предлагаемой установке между устройствами 13′′′, 14′′′ имеется секция 32′′′. Секция 32′′′ предпочтительно содержит два электростатических фильтра, которые удаляют очень мелкие частицы.
Устройство 33′′′ содержит силикагель, предпочтительно в форме гранул.
При необходимости частичного или полного возврата выходящего из установки воздуха, например, в автомобильные тоннели, на передней стороне устройства 33′′′ предпочтительно располагают устройство 34′′′.
Установка согласно настоящей полезной модели также снабжена детектором 35′′′, который расположен в выходном трубопроводе 36′′′ и соединен с компьютером (не показан). Компьютер выполнен с возможностью регулировки различных параметров установки, таких как количество подаваемых в установку жидкостей, частиц и тумана, а также производительности вентилятора 7′′′. Компьютер также может управлять регулятором 37′′′ тяги, который приводится в действие двигателем и расположен в выходном трубопроводе. Регулятор тяги позволяет возвращать часть выходящего из установки воздуха/газа в место, откуда он был взят.Таким образом, если установка приспособлена для очистки выхлопных газов транспортных средств в автомобильных тоннелях, и возвращает часть воздуха обратно в тоннель, можно использовать более мелкие вентиляционные каналы, что позволяет снизить затраты на монтажные работы.
Как видно из фиг.3, вентилятор 7′′′ предлагаемой установки помещен в выходной трубопровод. Благодаря расположению вентилятора 7′′′ в выходном трубопроводе установка работает с отрицательным давлением, за счет чего проблемы утечки воды, свойственные известным установкам могут быть устранены.
Работа и преимущества установки согласно настоящей полезной модели
Перед подачей вентилятором 7′′′ в установку 1′′′ дымового газа, устройства 30′′′ и 31′′′ добавляют в указанный дымовой газ наночастицы и водный туман. Затем дымовой газ преодолевает по меньшей мере одну перфорированную пластину, а после его прохождения через отдельные отверстия происходит рост давления и скорости. В то же время возникает турбулентный поток, который существенно увеличивает площадь контакта между проходящим дымовым газом и водой, которая подается внутрь газового потока форсунками 17′′′ и смешивается с дымовым газом. Поскольку форсунки направлены таким образом, что плоские режущие струи проходят под углом к плоскости перфорированной пластины, достигается эффективная промывка отверстий, исключающая застревание в указанных отверстиях хлопьев сажи и подобных относительно крупных составляющих. Наклонное положение водных струй также способствует увеличению турбулентных движений дымового газа, проходящего сквозь отверстия. Вода, которую форсунки 17′′′ подают в направлении передней стороны перфорированной пластины, фактически, формирует барьер, сквозь который перед подачей в отверстия вынужден проходить весь дымовой газ. Благодаря тому, что вода посредством форсунок подается под относительно высоким давлением, водные капли при соударении с пластиной и с находящимися в ней отверстиями разбиваются на очень мелкие капли. За счет турбулентного потока, который возникает в отверстиях, происходит дополнительное разбиение указанных мелких капель, что позволяет увеличить газоадсорбирующую контактную поверхность капель.
При прохождении сквозь отверстия перфорированной пластины дымовой газ расширяется, и при таком расширении температура уже перенасыщенного к этому времени газа падает. Падение температуры еще более усиливается за счет того, что в пространство позади перфорированной пластины вторыми форсунками 25′′′ подается дополнительная свежая и холодная вода. Указанная вода существенно холоднее, чем дымовой газ, который подается в промежуток между перфорированной пластиной и устройством 14′′′.
Твердые, относительно мелкие частицы, которые не были отделены от потока дымового газа, становятся ядрами конденсации для водяного пара, который находится в указанном промежутке. Указанный водяной пар конденсируется и соединяется с указанными частицами в более крупные скопления. Указанные более крупные скопления относительно легко удаляются в очищающих устройствах 14′′′, 15′′′, 16′′′ и секции 32′′′. За счет того, что большое количество холодной воды подается под высоким давлением с образованием чрезвычайно мелких водных капель, достигается очень сильное охлаждающее действие. Указанное охлаждающее действие еще более усиливается благодаря тому, что водяной пар, который получается путем нагревания воды, конденсируется во время формирования указанных более крупных скоплений. Образование мелких капель также значительно повышает растворимость газовых фаз в воде. Поскольку вода не циркулирует в скруббере, а непрерывно добавляется в трубопроводную систему в охлажденном состоянии, она может растворять максимальное количество газа.
В устройстве 14′′′, которое функционирует в качестве обезвоживающего устройства, газ, предварительно очищенный в пресепараторе, подвергается динамическим чередованиям направления, во время которых водные капли, являющиеся более тяжелыми, чем молекулы газа, удаляются и отводятся через скруббер и его дренажный трубопровод. Капли, которые не были удалены в устройстве 14′′′, проходят в секцию 32′′′, а затем в устройства 15′′′, 16′′′, в которых, используются не только экранирующий эффект и динамическое чередование направления, но и изменяется поверхностное натяжение водных капель и/или частиц для достижения ими размера, который не позволит им пройти сквозь мелкие отверстия сетки, являющейся частью указанных устройств. Затем газ проходит сквозь устройство 33′′′, содержащее силикагель.
Таким образом, газ, выходящий наружу после пропускания через весь скруббер, не только охлаждается, но и эффективно очищается от большей части твердых и газообразных составляющих, которые изначально находились в дымовом газе, при этом часть газа может возвращаться в место, откуда он был взят, с помощью регулятора 37′′′. Кроме того, при возврате части газа в место, откуда он был взят, подача свежего воздуха, например, в автомобильные тоннели, может быть уменьшена. Это является особенно актуальным для протяженных тоннелей.
Кроме того, при помощи детектора 35′′′, установленного в трубопроводе 36′′′ и соединенного с компьютером, выходящий из установки воздух/газ подвергается мониторингу, а различные параметры установки 1′′′ могут подвергаться регулировке, как указано выше.