УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
DEVICE FOR TREATMENT OF SMOKE GASES

Изобретение относится к энергетике, а именно к оборудованию теплоэнергетических станций и для промышленных топочных установок.
Известно устройство для очистки дымовых газов (см. а.с. №1121541, МПК F23J 11/00, 1984, Бюл. №40), содержащее конденсатор, расположенный над дымовой трубой в виде купола, конденсатосборник, состоящий из лотка и водосточной трубы, и усеченный конус, смонтированный на дымовой трубе и соединенный полуцилиндрической поверхностью с основанием конденсатора.
Недостатком известного устройства является малая высота подъема газов, обусловленная тем, что в данном устройстве фактически не используется сила ветра для подъема газов.
Кроме того, наблюдается резкое снижение эффекта тепломассообмена наружного воздуха и дымовых газов при ветровой нагрузке, когда дымовые газы смещаются от поверхности купола со стороны воздействия ветра к дымовой трубе и противоположной поверхности купола, что значительно уменьшает объем полезного тепломассообмена, при этом твердые частицы примесей дымовых газов, скользя по гладкой боковой поверхности усеченного конуса как под воздействием дымовых газов, огибающих конусный отражатель, так и под воздействием ветровой нагрузки, переходят частично в состояние витания, что впоследствии приводит к интенсивному загрязнению внутренней поверхности купола и в конечном итоге снижает эффективность очистки.
Известно устройство очистки дымовых газов (см. патент РФ №2156921, МПК F23J 15/02 2000, Бюл. №27), содержащее конденсатор, расположенный над дымовой трубой в виде купола, конденсатосборник, состоящий из лотка и водосточной трубы, и усеченный конус, смонтированный на дымовой трубе и соединенный полуцилиндрической поверхностью с основанием конденсатора, при этом на внешней поверхности конденсатора размещены продольно расположенные жалюзи, каждый элемент которых представляет собой крыло, профиль которого в зоне контакта с куполом соответствует его контуру, а на боковой поверхности усеченного конуса от меньшего его основания к большему выполнены винтообразные канавки в виде «ласточкина хвоста», причем винтообразные канавки у большего основания усеченного конуса соединены с лотком.
Недостатком является энергоемкость устройства для очистки дымовых газов, особенно при эксплуатации в ночное время, когда для обеспечения безопасной эксплуатации высотного сооружения дымовой трубы устанавливается ее световая защита с подачей электроэнергии от постороннего источника энергии на сигнальные устройства - фонари.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости при обеспечении безопасной эксплуатации высотного сооружения дымовой трубы, особенно в ночное время суток с использованием светового ограждения для летающих аппаратов путем устранения дополнительного источника электрической энергии за счет использования термоэлектрического генератора, выполненного как устройство, распределяющее потоки дымовых газов и воздуха окружающей среды.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки дымовых газов содержит конденсатор, расположенный над дымовой трубой в виде купола, конденсатосборник, состоящий из лотка и водосточной трубы, и усеченный конус, смонтированный на дымовой трубе и соединенный полуцилиндрической поверхностью с основанием конденсатора, при этом на внешней поверхности конденсатора размещены продольно расположенные жалюзи, каждый элемент которых представляет собой крыло, профиль которого в зоне контакта с куполом соответствует его контуру, а на боковой поверхности усеченного конуса от меньшего его основания к большему выполнены винтообразные канавки в виде «ласточкина хвоста», причем винтообразные канавки у большего основания усеченного конуса соединены с лотком, при этом дымовая труба снабжена термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для дымовых газов и комплекта дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены в проходном канале для дымовых газов, а «холодные» концы расположены на внешней поверхности корпуса термоэлектрического генератора вне канала для дымовых газов, кроме того, вход проходного канала соединен с выходом дымовой трубы, а выход проходного канала соединен с внутренней поверхностью куполообразного кожуха.
На фиг.1 представлен общий вид устройства в продольном разрезе; на фиг.2 - развертка усеченного конуса с винтообразными канавками на внешней боковой поверхности; на фиг.3 - вид винтообразной канавки в виде «ласточкина хвоста»; на фиг.4 - термоэлектрический генератор.
Устройство для очистки дымовых газов состоит из концентрически расположенных над дымовой трубой 1 (фиг.1) конусного отражателя 2, усеченного конуса 3, куполообразного кожуха 4 и конденсатосборника, состоящего из лотка 5 и водосточной трубы 6.
Над внешней поверхностью куполообразного кожуха 4 с помощью крепления 7 размещены продольно расположенные элементы жалюзи 8. На боковой поверхности с внешней стороны усеченного конуса 3 выполнены винтообразные канавки 9 (фиг.2), связывающие меньшее основание 10 усеченного конуса 3 и его большее основание 11, при этом винтообразные канавки 9 (фиг.3) выполнены в корпусе усеченного конуса в виде «ласточкина хвоста».
Дымовая труба 1 снабжена термоэлектрическим генератором 12, выполненным в виде корпуса 13 с проходным каналом 14 для дымовых газов и комплектом дифференциальных термопар 15, «горячие» концы 16 которых расположены в проходном канале 14 для дымовых газов, «холодные» концы 17 расположены на внешней поверхности корпуса 13 термоэлектрического генератора 12 вне проходного канала 14 для дымовых газов. Кроме того, вход 18 проходного канала 14 соединен с выходом 19 дымовой трубы, а выход 20 проходного канала 14 соединен с внутренней поверхностью 21 куполообразного кожуха 4.
Устройство для очистки дымовых газов работает следующим образом.
Дымовые газы с различной концентрацией загрязнений на выходе 19 дымовой трубы 1 имеют температуру около 100°С и частично поступают в проходной канал 14 корпуса 13 термодинамического генератора 12, где контактируют с «горячими» концами 16 дифференциальных термопар 15. Одновременно воздух окружающей среды, проходя через элементы жалюзи 8 и смешиваясь с дымовыми газами, имеет температуру 20-30°С и контактирует с внешней поверхностью корпуса 13 термодинамического генератора 12, на которой расположены (вдали от проходного канала 14) «холодные» концы 17 дифференциальных термопар 15.
При выполнении дифференциальных термопар 15 из хромель-копеля с высоким значением термо-ЭДС при перепаде температур (см., например, Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984, 230 с.) в термодинамическом генераторе 12 на комплекте дифференциальных термопар 15 появляется термо-ЭДС, суммарное значение которой становится достаточным для поддержания дежурного освещения, например, осветительными приборами с напряжением 12-36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Технический эксперимент: справочник под ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988, 560 с.).
При этом устройство для очистки дымовых газов работает в основном в двух режимах эксплуатации в изменяющихся погодно-климатических условиях.
При малых перемещениях наружного воздуха, вызванных лишь изменением его плотности под воздействием температуры окружающей среды у основания дымовой трубы и на уровне устройства очистки или же при ветровой нагрузке, имеющей скоростной напор, меньший или равный расходу дымовых газов, выбрасываемых из дымовой трубы 1, жалюзи 8 находятся в положении» открыто», т.е. дымовые газы и наружный воздух беспрепятственно проходят через сетчатую поверхность куполообразного кожуха 4 и процесс очистки осуществляется следующим образом.
Дымовые газы, содержащие твердые частицы и влагу, выходят из трубы 1 и попадают во внутреннюю полость конусного отражателя 2. При этом дымовые газы теряют свою скорость, и крупные твердые примеси под воздействием силы тяжести осаждаются на боковую поверхность усеченного конуса 3. Твердые примеси, осевшие на боковую поверхность усеченного конуса 3, скользят по ней и попадают внутрь винтообразных канавок 9, где по мере скольжения перемещаются от меньшего основания 10 усеченного конуса 3 к его большему основанию 11 и далее поступают в лоток 5, а из последнего в водосточную трубу 6.
Наличие на боковой поверхности усеченного конуса 3 винтообразных канавок 9 в виде «ласточкиного хвоста» предотвращает сдувание дымовыми газами отраженных от конусного отражателя 2 твердых примесей с последующим их витанием, что в итоге может способствовать забиванию сетчатой поверхности куполообразного кожуха 4 твердыми примесями.
Дымовые газы, частично очистившись от твердых загрязнений при контакте с боковой поверхностью усеченного конуса 3, движутся дальше и в куполообразном кожухе 4 расширяются и, охлаждаясь до температуры точки росы, ударяются о внутреннюю поверхность куполообразного кожуха 4. Дымовые газы подвергаются воздействию холодного воздуха, поступающего через куполообразный кожух 4, изготовленный из синтетического волокна в виде водонепроницаемой термостойкой сетки. Между куполообразным кожухом 4 и наружным воздухом происходит теплообмен. Дымовые газы контактируют с куполообразным кожухом 4 и в результате охлаждения находящийся в нем пар конденсируется и обволакивает водяной пленкой взвешенные в дымовых газах твердые примеси. Конденсат вместе с примесями стекает с внутренней поверхности куполообразного кожуха 4 в лоток 5 и по водосточной трубе 6 удаляется в стояк. Очищенные дымовые газы через куполообразный кожух 4 выходят в атмосферу.
При ветровой нагрузке, когда скорость перемещения наружного воздуха превышает скорость выхода дымовых газов, выбрасываемых из дымовой трубы 1, процесс очистки осуществляется следующим образом.
Часть элементов жалюзи 8, находящихся с надветренной стороны, поворачиваются (подобно флюгеру), т.е. переходят в положение «закрыто» (фиг.1), предотвращающее поступление воздуха окружающей среды вовнутрь куполообразного кожуха 4, что может препятствовать выходу дымовых газов из дымовой трубы 1. А это привело бы к тому, что резко снижается эффективность очистки дымовых газов и возрастает энергоемкость выброса дымовых газов, обусловленная необходимостью увеличения мощности устройств (дымососов, вентиляторов и т.д.), транспортирующих дымовые газы по дымовой трубе 1, что связано с необходимостью преодоления дополнительного сопротивления, состоящего из сопротивления движению дымовых газов по внутренней полости трубы и части наружного воздуха, поступающего в трубу под воздействием ветровой нагрузки.
Часть элементов жалюзи 8, находящихся с подветренной стороны, остается в положении «открыто». Каждый элемент жалюзи 8 выполнен в форме крыла с зазором от поверхности от поверхности куполообразного кожуха 4 и с надветренной стороны наружный воздух под действием ветровой нагрузки разделяется на два потока. Один поток наружного воздуха омывает элементы жалюзи 8, находящиеся в положении «закрыто» с внешней стороны и выполненные в виде крыла, а другой поток наружного воздуха движется через воздушный зазор между данными элементами жалюзи 8 и поверхностью куполообразного кожуха 4. Это оказывает эжектирующее действие на дымовые газы, выбрасываемые из дымовой трубы, в результате увеличивается высота их подъема, т.е. улучшается экологическая обстановка в зоне нахождения дымовой трубы.
При этом отсутствие непосредственного ветрового воздействия на площадь куполообразного кожуха 4 с надветренной стороны вследствие закрытия ее частью жалюзи 8 способствует высокоэффективности процесса очистки дымовых газов по всей внутренней поверхности куполообразного кожуха 4 в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации устройства для очистки дымовых газов. Очищенные дымовые газы через куполообразный кожух 4 выходят в атмосферу как с подветренной, так и с надветренной стороны, причем с надветренной стороны дымовые газы контактируют с потоком наружного воздуха, проходящего в воздушный зазор между крылом элемента жалюзи 8 и куполообразным кожухом 4, и поднимаются на большую высоту, чем физические размеры дымовой трубы 1 и куполообразного кожуха 4. В результате обеспечивается эффективная очистка как при спокойном перемещении наружного воздуха, так и при ветровой нагрузке.
Оригинальность технического решения заключается в том, что достигается снижение энергоемкости устройства для очистки дымовых газов при обеспечении безопасной эксплуатации высотного сооружения - дымовой трубы, особенно в темное время суток за счет создания защитного освещения без использования дополнительного электроисточника, а применением термодинамического генератора, использующего тепловой потенциал дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среду.