ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F24H1/10 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных и малоквартирных домов и поселков, преимущественно в сельской местности, с применением в качестве твердого топлива сырых и низкосортных древесных отходов и торфа.

Основной проблемой, решаемой при проектировании и эксплуатации теплоутилизационных установок, снижение экологических выбросов: тепловых и химических в окружающую среду, является охлаждение и очистка горячих газов.

Известна теплоутилизационная установка, содержащая короб-газоход с входным и выходным патрубками горячих газов и поддоном с трубопроводом для отвода конденсата серной кислоты, и установленный в коробе-газоходе теплообменник для нагрева воды горячего водоснабжения /авт. св. СССР N 827883, кл. F 22B 1/18, F 01K 25/14, опубл. 07.05.81/.

Горячие газы охлаждаются в теплообменнике ниже точки росы и находящиеся в них водяные пары конденсируются на стенках теплообменника. Окислы серы растворяются в конденсате, стекают в поддон и удаляются за пределы установки. При этом снижается тепловое загрязнение атмосферы и уменьшаются выбросы окислов серы. Недостатком установки являются ограниченные возможности по поглощению окислов серы, так как поглощение происходит не во всем объеме газохода, а только на поверхностях теплообменника. Кроме того, сливы серной кислоты сами являются экологически опасными.

Известна также теплоутилизационная установка, содержащая вертикальный газоход с входным и выходным патрубками горячих газов и размещенные в нем один над другим соответственно поверхностный теплообменник, контактный теплообменник с оросителем и сборник конденсата, последний из которых снабжен трубопроводом слива избытка конденсата и подключен к оросителю с образованием замкнутого циркуляционного контура, соединенного с подпиточной трубой между оросителем и сборником конденсата, при этом над поверхностным теплообменником установлен дополнительный ороситель, подключенный к сборнику конденсата с образованием своего циркуляционного контура /авт. св. СССР N110657, кл. F 22B 1/18, F 28C 3/06, 07.08.84/.

Наличие контактного теплообменника с оросителями дает возможность поглотить большее количество окислов серы и/или азота, так как поглощение происходит во всем объеме газохода и развитой поверхности теплообмена капли конденсата. Однако использование прямого орошения приводит к увеличенному уносу капельной фазы отходящими горячими газами. При этом уносится и поглощенные каплями окислы, что ухудшает экологические характеристики установки. Как и в предыдущем изобретении, растворенные в конденсате окислы уходят в сливы конденсата и требуется их очистка с помощью специального оборудования.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является теплоутилизационная установка, содержащая газоход с последовательно по ходу газов установленными в нем контактным теплообменником со слоями засыпки и оросителем, а также первым и вторым поверхностными теплообменниками, бак-аккумулятор конденсата с переливной трубкой, подключенный к оросителю с образованием замкнутого циркуляционного контура, и водо-водяной теплообменник, подключенный трактом к замкнутому циркуляционному контуру, а нагреваемым трактом к контуру горячего водоснабжения, при этом первой и второй поверхностные теплообменники включены в контур горячего водоснабжения соответственно до и после водо- водяного теплообменника /авт. св. СССР N 1430666, кл. F 22B 1/18, 15.10.88/.

Введение в контактный теплообменник слоев засыпки значительно увеличивает время контакта горячих газов с конденсатом и предотвращает унос капельной фазы отходящими горячими газами, что улучшает экологические характеристики установки. Однако в данной установке, как и в предыдущем изобретении, в баке-аккумуляторе конденсата собирается вода с растворенными в ней окислами серы и азота. При работе установки всегда образуется избыток конденсата, который удаляется из установки через переливную трубку. Следовательно, остается проблема предохранения окружающей среды от загрязнения подкисленными сливами конденсата. Предотвращение капельного уноса конденсата не решает проблему полной очистки уходящих горячих газов от окислов азота и серы. По циркуляционному контуру к оросителю подается вода с растворенной в ней кислотой и окислами серы и азота. В зоне контактного теплообменника эти окислы выделяются обратно в горячие газы и частично уносятся в атмосферу. Очистка горячих газов в теплоутилизационных установках особенно важна при сжигании местных топлив и бытовых отходов, в частности сырой древесины, опавших листьев, травы, торфа, при сгорании которых на первой фазе выделяется большое количество летучих соединений, и насыщение конденсата летучими соединениями происходит очень быстро.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание теплоутилизационной установки с повышенной экологической безопасностью за счет уменьшения выбросов окислов азота и серы в атмосферу с уходящими горячими газами и понижению кислотности сливаемого конденсата.

Дополнительной задачей изобретения является снижение затрат и упрощение обслуживания установки.

Поставленная техническая задача решается тем, что известная теплоутилизационная установка, содержащая газоход с установленным в нем контактным теплообменником со слоями засыпки и оросителем, бак-аккумулятор конденсата с переливной трубкой, подключенный к оросителю с образованием замкнутого циркуляционного контура, и водо-водяной теплообменник, подключенный греющим трактом к замкнутому циркуляционному контуру, а нагреваемым трактом - к контуру горячего водоснабжения, согласно изобретению, снабжена устройством нейтрализации конденсата с дробленым твердым наполнителем на основе карбонатов щелочно-земельных элементов, расположенным между контактным теплообменником и баком-аккумулятором конденсата.

В качестве твердого наполнителя использованы природные карбонаты щелочно-земельных элементов и/или их смеси.

Устройство для нейтрализации конденсата выполнено в виде контейнера со съемной крышкой, внутренняя полость которого разделена четырьмя чередующимися разновысокими вертикальными перегородками на последовательно соединенные входную камеру, центральную камеру с твердым нейтрализующим наполнителем и выходную камеру, перегородки меньшей высоты герметично закреплены на днище контейнера, а перегородки большей высоты снабжены каналами для прохода конденсата, выполненными у днища контейнера, при этом газоход снабжен сборником конденсата.

Водо-водяной теплообменник размещен в баке-аккумуляторе конденсата.

Сущность изобретения заключается в том, что введение в теплоутилизационную установку устройства для нейтрализации конденсата с дробленым твердым наполнителем на основе карбонатов щелочно-земельных элементов с размещением его между контактным теплообменником и баком-аккумулятором конденсата обеспечивает вывод из конденсата окислов серы и окислов азота путем связывания из со щелочно-земельными элементами с образованием нитратов и слабо растворимых сульфатов. Поглощенные конденсатом двуокись углерода и окись углерода при прохождении через слой карбонатов щелочно-земельных элементов образуют растворимые бикарбонаты щелочно-земельных элементов, которые не относятся к экологически опасным продуктам. В итоге конденсат, пройдя слой твердого нейтрализатора, становится экологически безопасным и может использоваться для полива, способствую при этом раскислению почвы на поливаемом участке. Конденсат в баке-аккумуляторе также имеет пониженную кислотность и проявляет нейтрализующие свойства, что делаем его более эффективным при поглощении окислов серы, азота, окиси углерода и углекислого газа из горячих газов в контактном теплообменнике и в конечном счете снижает выброс этих окислов в атмосферу, что повышает экологическую безопасность установки.

Использование в качестве твердого наполнителя природных карбонатов щелочно-земельных элементов и/или их смесей снижает затраты на экологическую очистку, так как природные карбонаты щелочно-земельных элементов /известняк, мел, мраморная крошка / не относятся к дефицитным материалам и имеются во всех регионах России.

Выполнение устройства для нейтрализации конденсата в виде контейнера со съемной крышкой и снабжение газохода сборником конденсата, соединенным трубопроводом с входной камерой контейнера, облегчаем обслуживание установки, так как контроль за состоянием твердого наполнителя, удаление отработанного и засыпка нового наполнителя производятся без разборки всей установки. Достаточно снять крышку контейнера.

Размещение водо-водяного теплообменника в баке-аккумуляторе конденсатора снижает металлоемкость установки и затраты на ее изготовление, а гарантией отсутствия коррозии служат нейтрализующие свойства конденсата, прошедшего через устройство нейтрализации.

Заявителю неизвестны теплоутилизационные установки с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекаем явным образом из современного уровня техники.

На чертеже изображена схема предлагаемой теплоутилизационной установки.

Теплоутилизационная установка содержит вертикальный газоход 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, с установленным в нем конденсатным контактным теплообменником со слоями засыпки 4, оросителем 5 и каплеуловителем 6, сборник 7 конденсата, соединенный в нижней частью газохода, устройство 8 нейтрализации конденсата и бак-аккумулятор 9 конденсата с размещенным в нем водо-водяным теплообменником.

Устройство нейтрализации конденсата выполнено в виде контейнера 10 со съемной крышкой 11, внутренняя полость которого разделена четырьмя чередующимися разновысокими вертикальными перегородками 12-15 на последовательно соединенные входную 16, центральную 17 и выходную 18 камеры. Перегородки 13 и 15 меньшей высоты герметично закреплены на днище 19 контейнера, а перегородки 12 и 14 большей высоты снабжены каналами для прохода конденсата, выполненными у днища контейнера. Центральная камера 17 заполнена дробленым твердым наполнителем, в качестве которого могут быть использованы природные карбонаты щелочно-земельных элементов /известняк, мел, мраморная крошка/. Контейнер 10 установлен на баке-аккумуляторе 9 и его входная камера 16 соединена трубопроводом 20 со сборником 7 конденсата, а выходная камера 18 соединена с полостью бака-аккумулятора 9 с помощью канала, выполненного в днище 19 контейнера 10. Бак-аккумулятор 9 снабжен переливной 21 и подпиточной 22 трубками и подключен трубопроводом 23 с насосом 24 к оросителю 5 с образованием замкнутого циркуляционного контура. Внутри бака-аккумулятора 9 размещен нагреваемый тракт 25, подключенный к контуру горячего водоснабжения.

Установка работает следующим образом. Продукты сгорания из теплогенератора /на чертеже не показан/ поступают через входной патрубок 2 в газоход 1 и проходят через контактный теплообменник, где вступают во взаимодействие с водой, распыляемой оросителем 5. Температура газов понижается. Содержащиеся в них водяные пары конденсируются на кольцах засыпки 4 и стекают вниз в сборник 7 конденсата, а из него по трубопроводу 20 поступают во входную камеру 16 контейнера 10. При наличии в горячих газах окислов азота и серы, а также окиси углерода и двуокиси углерода они поглощаются водой в контактном теплообменнике. Конденсат из входной камеры 16 поступает через перегородку 13 в центральную камеру 17. Поглощенные конденсатом окислы серы и азота вступают во взаимодействие с карбонатами щелочно-земельных элементов с образованием нитратов и слаборастворимых сульфатов, а окись углерода и двуокись углерода при прохождении через слой карбонатов щелочно-земельных элементов образуют растворимые бикарбонаты щелочно-земельных элементов. Конденсат, пройдя через слой твердого нейтрализатора, поступает в выходную камеру 18, а затем через канал в днище 19, в бак-аккумулятор 9 и из него возвращается к оросителю 5 с помощью насоса 24. Так как конденсат в баке-аккумуляторе 9 имеет пониженную кислотность и проявляет нейтрализующие свойства, то, поступая вновь в контактный теплообменник, он эффективней поглощает окислы азота и серы, окись углерода и двуокись углерода из горячих газов, снижая тем самым выбросы их в атмосферу. Очищенные газы с низкой температурой удаляются в атмосферу через выходной патрубок 3 с помощью дымососа /не показан/.

Агрегаты и элементы предлагаемой теплоутилизационной установки являются широко используемыми в теплообменной технике и освоенными промышленностью, поэтому заявляемое изобретение может быть осуществлено на машиностроительных заводах с использованием известных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость.

Использование: в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных и малоквартирных домов и поселков, преимущественно в сельской местности. Сущность изобретения: установка содержит газоход с установленным в нем контактным теплообменником со слоями засыпки и оросителем, бак-аккумулятор конденсата с переливной трубкой, подключенный к оросителю с образованием замкнутого циркуляционного контура, водо-водяной теплообменник, подключенный греющим трактом к замкнутому циркуляционному контуру, а нагреваемым трактом - к контуру горячего водоснабжения, и устройство для нейтрализации конденсата с дробленным твердым наполнителем на основе карбонатов щелочно-земельных элементов, расположенное между контактным теплообменником и баком-аккумулятором конденсата. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплоутилизационная установка, содержащая газоход с установленным в нем контактным теплообменником со слоями засыпки и оросителем, бак-аккумулятор конденсата с переливной трубкой, подключенный к оросителю с образованием замкнутого циркуляционного контура, и водо-водяной теплообменник, подключенный греющим трактом к замкнутому циркуляционному контуру, а нагреваемым трактом к контуру горячего водоснабжения, отличающаяся тем, что она снабжена устройством нейтрализации конденсата с дробленым твердым наполнителем на основе карбонатов щелочноземельных элементов, расположенным между контактным теплообменником и баком-аккумулятором конденсата. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве твердого наполнителя использованы природные карбонаты щелочно-земельных элементов и/или их смеси. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что устройство нейтрализации конденсата выполнено в виде контейнера со съемной крышкой, внутренняя полость которого разделена четырьмя чередующимися разновысокими вертикальными перегородками на последовательно соединенные входную камеру, центральную камеру с твердым нейтрализующим наполнителем и выходную камеру, перегородки меньшей высоты герметично закреплены на днище контейнера, а перегородки большей высоты снабжены каналами для прохода конденсата, выполненными у днища контейнера, при этом газоход снабжен сборником конденсата, соединенным трубопроводу с входной камерой контейнера. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что водо-водяной теплообменник размещен в баке-аккумуляторе конденсата.