УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам обработки газообразных продуктов сгорания, более конкретно, к устройству для очистки подобных продуктов и может быть использовано для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов, в частности для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство очистки газообразных продуктов сгорания, которое состоит из кипятильника, сепаратора жидкости, испарителя, обеспечивающего охлаждение выхлопных газов, и расположенного за ним абсорбера для формирования смеси холодильный агент - поглотитель, каталитической камеры, расширительного клапана, насоса, конденсатора, для пропускания паров холодильного агента. [Патент РФ №2258148, МПК F01N 3/04, опубл. 10.08.2005, Бюл. №22, авторы Бруззо Виталь «Способ и устройство очистки газообразных продуктов сгорания»].
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и низкая степень очистки выхлопных газов.
Известно устройство, реализованное в способе очистки газообразных продуктов сгорания, состоящее из дожигателя газообразных продуктов сгорания, баллонов кислорода для дожигания сажи, соединенных с одним из входов в энергоустановку, выход которой соединен с входом теплообменного аппарата предварительного охлаждения продуктов сгорания, на выходе которого установлен дроссель, отделителя воды из газообразных продуктов сгорания, один выход которого соединен со сборником воды, а другой - с входом холодильного агрегата, выход которого соединен с отделителями и сборниками каждой фракции. [Патент РФ №2460572, МПК B01D53/00, опубл. 10.09.2012, Бюл. №25, авторы:
Носырев Д.Я., Плетнев А.И., Свечников А.А. «Способ очистки газообразных продуктов сгорания»].
Недостатком данного устройства является низкая степень очистки выхлопных газов.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение степени очистки.
Технический результат достигается тем, что в устройство очистки газообразных продуктов сгорания содержащее баллоны кислорода для дожигания сажи, соединенных с одним из входов в энергоустановку, выход которой соединен с входом теплообменного аппарата предварительного охлаждения продуктов сгорания, на выходе которого установлен дроссель, отделитель воды из газообразных продуктов сгорания, один выход которого соединен со сборником воды, а другой - с входом холодильного агрегата, выход которого соединен с отделителями фракций и сборниками их жидкой фазы дополнительно введены блок регистрации данных с k входами и k выходами, блок преобразования данных с k входами и k выходами, блок памяти, блок индикации отклонений, который выполнен из k узлов сравнения, блок управления, сажевый фильтр предварительной очистки газообразных продуктов сгорания, который установлен на выходе из энергоустановки, отделители фракций и сборники ее жидкой фазы объединены в п узлов разделения на фракции газообразных продуктов сгорания, которые в свою очередь объединены в единый блок, выход последнего узла разделения на фракции газообразных продуктов сгорания через анализатор фракционного состава газообразных продуктов сгорания соединен или с теплообменником предварительного охлаждения продуктов сгорания, или с холодильным агрегатом, который выполнен из n секций с n датчиками давления и температуры, в каждой секции холодильного агрегата контролируются давление и температура, которые соответствуют сжижению каждой n-ой фракции газообразных продуктов сгорания, причем вход первой секции холодильного агрегата соединен с выходом отделителя воды из газообразных продуктов сгорания, выход n-й секции холодильного агрегата, через электромагнитный клапан соединен с входом каждого n-го узла разделения на фракции газообразных продуктов сгорания, а вход со второй по n-ю секции холодильного агрегата соответственно - с выходом 1-го по (п-1)-й узел блока разделения на фракции газообразных продуктов сгорания, причем датчики давления, температуры и анализатор фракционного состава газообразных продуктов сгорания соединены с блоком регистрации данных, k выходов которого соединены с k входами блока преобразования данных, один выход которого соединен с блоком памяти, a (k-1) через блок индикации отклонений с блоком управления, n выходов которого соединены с п электромагнитными клапанами.
На фиг.1 представлена схема устройства очистки газообразных продуктов сгорания.
Устройство очистки газообразных продуктов сгорания содержит баллоны кислорода 1, сажевый фильтр предварительной очистки 2, теплообменник предварительного охлаждения 3, дроссель 4, отделитель воды 5, сборник воды 6, холодильный агрегат 7, секции холодильного агрегата 7-п, датчики температуры и давления 8-п, электромагнитные клапаны 9-п, блок разделения газообразных продуктов сгорания на фракции 10, узлы разделения газообразных продуктов сгорания на фракции 10-п, отделители жидкой фракции 11-п, сборники ее жидкой фазы 12-п, анализатор фракционного состава газообразных продуктов сгорания 13, блок регистрации данных 14, блок преобразования данных 15, блок памяти 16, блок индикации отклонений 17, блок управления электромагнитными клапанами 18.
Устройство очистки газообразных продуктов сгорания работает следующим образом.
Рассмотрим работу данного технического решения на примере очистки продуктов сгорания тепловозного дизеля. Последовательность очистки отработавших газов тепловозного дизеля, состоящих из фракций, выглядит следующим образом:
5
12
1. Очистка фракции пентана CH (197,2°С; 3,3 МПа);
2
2. Очистка фракции диоксида азота NO (158°С; 10,1 МПа);
2
3. Очистка фракции сернистого ангидрида SO (157,5°С; 8,04 МПа);
4
10
4. Очистка фракций бутана СН (152,1°С; 3,55 МПа) и пропана СзНз (96,8°С; 4,07 МПа);
2
5. Очистка фракции закиси азота NO (36,43°С; 7,25 МПа);
2
6
6. Очистки фракции этана СН (32,1°С; 4,86 МПа);
2
7. Очистка фракции диоксида углерода СO (31,1°С; 7,38 МПа);
8. Очистка фракции метана СЩ (-82,5°С; 4,64 МПа);
9. Очистка фракции монооксида азота N0 (-93°С; 6,54 МПа);
2
12
5
12
2
1
2
4
10
3
8
3
8
1
2
3
6
4
4
10. Очистка фракции оксида углерода СО (-140,2°С; 3,5 МПа). Первоначально очищаемый газ, вышедший из выхлопной трубы дизеля тепловоза, дожигается при избыточном кислороде, который подается в воздушный ресивер энергоустановки из баллонов 1. Далее продукты сгорания направляются в сажевый фильтр предварительной очистки 2, где происходит очистка отработавших газов от твердых загрязнителей. Затем продукты сгорания охлаждают в теплообменном аппарате предварительного охлаждения 3 и пропускают через дроссель 4. В результате дросселирования водяной пар переходит из газообразной фазы в жидкую фазу. В отделителе 5 происходит отделение воды от остальных продуктов сгорания, которые направляются в первую секцию 7- 1 холодильного агрегата 7, а вода собирается в сборнике 6. В первой секции 7-1 холодильного агрегата газообразные продукты сгорания сжимают и охлаждают до температуры менее 197,2°С, в результате чего фракция пентана CH переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-1 и продукты сгорания поступают в первый узел 10-1 блока разделения газообразных продуктов на фракции 10, где жидкая фаза фракции пентана CH отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-1 и направляется в сборник 12-1. Далее газообразные продукты сгорания направляются во вторую секцию 7-2 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 158°С, в результате чего фракция диоксида азота N02 переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-2 и продукты сгорания поступают во второй узел 10-2 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции диоксида азота NO отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-2 и направляется в сборник 12-2. Далее газообразные продукты сгорания направляются в третью секцию 7-3 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 157,5°С, в результате чего фракция сернистого ангидрида SO переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-3 и продукты сгорания поступают в третий узел 10-3 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции сернистого ангидрида SO отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-3 и направляется в сборник 12-3. Далее газообразные продукты сгорания направляются в четвертую секцию 7-4 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 96,8°С, в результате чего фракции бутана СН и пропана СН переходят из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-4 и продукты сгорания поступают в четвертый узел 10-4 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракций бутана С4Ню и пропана СН отделяются от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-4 и направляется в сборник 12-4. Далее газообразные продукты сгорания направляются в пятую секцию 7-5 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 36,43°С, в результате чего фракция закиси азота NO переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-5 и продукты сгорания поступают в пятый узел 10-5 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции закиси азота NO отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-5 и направляется в сборник 12-5. Далее газообразные продукты сгорания направляются в шестую секцию 7-6 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 32,1°С, в результате чего фракция этана СН переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-6 и продукты сгорания поступают в шестой узел 10-6 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции этана С2Нб отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-6 и направляется в сборник 12-6. Далее газообразные продукты сгорания направляются в седьмую секцию 7-7 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее 31,1°С, в результате чего фракция диоксида углерода С02 переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-7 и продукты сгорания поступают в седьмой узел 10-7 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции диоксида углерода С02 отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-7 и направляется в сборник 12-7. Далее газообразные продукты сгорания направляются в восьмую секцию 7-8 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее -82,5°С, в результате чего фракция метана СНпереходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-8 и продукты сгорания поступают в восьмой узел 10-8 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции метана CH отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-8 и направляется в сборник 12-8. Далее газообразные продукты сгорания направляются в девятую секцию 7-9 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее -93°С, в результате чего фракция монооксида азота N0 переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-9 и продукты сгорания поступают в девятый узел 10-9 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции монооксида азота N0 отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-9 и направляется в сборник 12-9. Далее газообразные продукты сгорания направляются в десятую секцию 7-10 холодильного агрегата, где их сжимают и охлаждают до температуры менее -140,2°С, в результате чего фракция оксида углерода СО переходит из газообразной в жидкую фазу. Открывается электромагнитный клапан 9-10 и продукты сгорания поступают в десятый узел 10-10 блока разделения газообразных продуктов на фракции, где жидкая фаза фракции оксида углерода СО отделяется от остальных продуктов сгорания в отделителе 11-10 и направляется в сборник 12-10. Далее очищенные газообразные продукты сгорания через анализатор 13 направляются или в теплообменник предварительного охлаждения, или в холодильный агрегат, для использования хладоресурса охлажденных продуктов сгорания в качестве дополнительного охлаждения.
Для сжижения представленных газовых фракций, продуктов сгорания дизеля тепловоза, могут использоваться многоступенчатый холодильный агрегаты дроссельного типа, многоступенчатый холодильный агрегат с применением детандеров, либо комбинированный многоступенчатый холодильный агрегат. На каждой секции холодильного агрегата установлены датчики температуры и давления 8-1...8-10. Сигнал с датчиков температуры и давления, а также сигнал с анализатора газовой смеси поступают в блок регистрации данных 14, далее данные попадают в блок преобразования данных 15. После обработки данные о составе газовой смеси поступают в блок памяти 16, а данные о давлении и температуре в секциях холодильного агрегата поступают на блок индикации отклонений 17, который выполнен в виде n узлов сравнения каждого параметра, по результатам сравнения формируется сигнал, который поступает на блок управления 18. Который в свою очередь открывает или закрывает нужный электромагнитный клапан 10-1... 10-10. Анализатор газообразных продуктов сгорания оценивает качественный и количественный состав продуктов сгорания после прохождения отработавших газов всего устройства очистки. Вся информация, полученная с анализатора, а также дата и время работы устройства хранится в блоке памяти. В зависимости от состава отработавших газов, количество секций холодильника, количество узлов блока разделения на фракции газообразных продуктов сгорания и количество электромагнитных клапанов может варьироваться.
Предложенное техническое решение позволяет достигнуть до 99,9% устранения всех вредных компонентов отработавших газов, а так же оптимизировать процесс очистки и расширить функциональные возможности устройства.