СИСТЕМА МОКРОГО ИСКРОГАШЕНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК B01D47/06 

Изобретение относится к области судостроения, а конкретно к газоотводам от источников энергии энергетических установок ( двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные двигатели, паровые котлы) танкеров, и может быть использовано на судах других типов, а также на береговых объектах.

Известно, что уходящие газы двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей, паровых котлов содержат твердые частицы несгоревшего топлива и масла, последние могут догорать в газовыпускном тракте и вылетать в атмосферу в виде искр.

Продукты недожега топлива и масла, вылетающие из дымовых труб судов, в частности танкеров, в виде искр, представляют серьезную пожарную опасность для судна, груза и окружения. Степень пожарной опасности этих частиц возрастает в том случае, если они соединяются с продуктами неполного сгорания серы, содержащейся в топливе. Обеспечение безопасного газовыпуска энергетических установок танкеров является в настоящее время назревшей общественной потребностью.

Известны способ и системы его реализующие, решающие проблему пожарной безопасности энергоустановки танкеров посредством выпуска из газоотводов уходящих газов через бортовую или днищевую обшивку под воду, что обеспечивает полное гашение искр [В.А. Кутыркин, В.И. Постников. Специальные системы нефтеналивных судов. (Справочник). -М.: Транспорт, 1983 - 192 с., см. стр. 175-178; Системы судовых энергетических установок: Учебное пособие/ Г.А. Артемов, В. П. Волошин и др. - Л.: Судостроение, 1980 - 320 с., см. стр. 104-105]. Система содержит главный и вспомогательные дизели, котлы (источники газов), их газоходы, глушители шума, искрогасители (глушители-маслоотделители), предохранительное устройство от попадания воды внутрь энергоустановки. Каждый из газоходов соединен с соответствующим источником газов с помощью переходных патрубков с изменяющимся, в меньшую сторону по ходу газов, проходным сечением - конфузоров. У известной системы имеется ряд недостатков: повышенное сопротивление выпуску газов, что снижает мощность двигателя; возможность попадания газов в жилые помещения; загрязнение корпуса в районе выхода газов; загрязнение окружающей водной среды сажей, продуктами недожега топлива и масла; повышенное выделение тепла в газоходах, что способствует более быстрому их износу (прогоранию); а также загрязнение атмосферы угарным газом повышенной концентрации.

Известны и широко применяются на судах системы с искрогасителями сухого типа [B. C. Бирюк. Судовые дымовые трубы. - Л.: Судостроение, 1970 - 208 с. см. стр. 49]. Известные системы установлены в кожухе дымовой трубы судна и обеспечивают гашение искр в соответствующих газоходах. Они содержат главный и вспомогательные дизели и паровые котлы (источники дымовых газов), утилизационные котлы, газоходы, искрогасители (глушители-искрогасители). Искрогашение происходит вследствие многократного изменения направления движения газов, взаимодействия со стенками искрогасителя и удаления частиц сажи. Известные системы искрогашения сухого типа также обладают рядом недостатков: малой надежностью системы искрогашения, система не гарантирует полного гашения искр; гашение продуктов недожега топлива происходит только на узком, причем конечном участке газоходов; повышенным выделением тепла в газоходах, что ведет к их более быстрому износу; загрязнением атмосферы сажевыми выбросами и в том числе загрязнением атмосферы угарным газом повышенной концентрации.

Известны и широко применяются на танкерах более эффективные системы - системы мокрого искрогашения [И.С. Бирюк. Судовые дымовые трубы. - Л.: Судостроение, 1970. - 208 с. см. стр. 32, 38, 40, 48, 49]. Известные системы содержат главный и вспомогательные дизели и паровые котлы (источники дымовых газов), газоходы, искрогасители, устройство подачи в них воды и устройство отвода последней. Соединение каждого из источников дымовых газов с соответствующим газоходом произведено через переходный патрубок с уменьшающимся проходным сечением - конфузор. Искрогасители установлены в кожухе дымовой тубы судна. В данном известном типе систем производятся промывка газа и гашение искр водой. Несмотря на ряд положительных свойств, эти известные системы тоже имеют ряд недостатков: гашение продуктов недожега топлива происходит только на узком, причем конечном участке газоходов, что не гарантирует полноту искрогашения; повышенное выделение тепла в газоходах, что ведет к более быстрому их износу; загрязнение атмосферы сажевыми выбросами, а также загрязнение атмосферы угарным газом повышенной концентрации.

Известна также система мокрого искрогашения отходящих газов энергоустановки судна, являющаяся наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению [С.А. Вешкельский. Справочник судового дизелиста. Вопросы и ответы. - Л.: Судостроение, 1990. - 368 с., см. стр. 90-92]. Известная система содержит патрубки выхода газов от соответствующих источников дымовых газов энергоустановки судна (дизелей, котлоагрегата - источников дымовых газов), их газовыпускные тракты в атмосферу (газоходы), цистерну, водяной насос, распределительный элемент, искрогасители-охладители, фильтр, трубопроводы и арматуру. Каждый из источников газов энергоустановки аналогично описанным известным системам имеет патрубок выхода газов больших размеров, чем его газовыпускной тракт. Поэтому последний соединен с соответствующим источником дымовых газов также, как и в известных системах, через переходный патрубок с уменьшающимся по ходу газов сечением - конфузор (на чертеже не показано). Искрогасители-охладители установлены на каждом из газовыпускных трактов в кожухе дымовой трубы судна, причем на значительном расстоянии от самих источников газов энергоустановки. При работе водяной насос через распределительный элемент подает к оросительным устройствам искрогасителя-охладителя воду. Искрогашение происходит вследствие распыления последней в газовом потоке в искрогасителе. Вымытая сажа отводится из искрогасителя-охладителя по трубопроводу слива сажевой пульпы и отфильтровывается, после чего вода вновь поступает в цистерну и из нее на искрогашение.

Данная известная система наиболее полно концентрирует в себе положительные свойства предыдущих и обладает собственными, такими как снижение загрязнения окружающей среды сажевыми выбросами, но и для нее характерен следующий недостаток: удаление продуктов недожега топлива на узком, причем конечном участке газохода, что не гарантирует полноту и качество искрогашения; повышенное выделение тепла в газоходе, что ведет к более быстрому его износу; и опять же загрязнение атмосферы угарным газом повышенной концентрации.

Как известно, движение газа в газоходе сопровождается переносом в потоке значительного количества продуктов несгоревшего органического топлива - раскаленной сажи. Последняя в процессе движения в среде дымовых газов, обедненных кислородом, окисляется не полностью (C+O₂ ---> CO₂), а лишь до образования угарного газа (2C+O₂ ---> 2CO). Длина газоходов судового энергетического оборудования может достигать 30 м, что позволяет за время движения в нем, благодаря недостатку кислорода, неполностью окислиться значительному количеству частиц несгоревшего топлива. По данным регистра Ллойда (Морской Регистр Великобритании) в дымовых газах современных, как это известно, систем количество CO₂ составляет 3,25 кг/т израсходованного топлива, в то же время CO - угарный газ - 8 кг/т, что в 2,46 раза больше [The Naval Architekt, January 1991, E27]. Это достаточно серьезный недостаток. В свете современных экологических требований улучшение этого показателя является актуальной задачей.

Технической задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных и общих для всех известных систем недостатков, а именно: уменьшить загрязнение атмосферы угарным газом повышенной концентрации, повысить полноту и качество искрогашения и снизить выделение тепла в газоходе.

Указанная техническая задача решается тем, что в известной системе мокрого искрогашения отходящих газов энергоустановки, содержащей участок выхода дымовых газов от источника дымовых газов энергоустановки, конфузор, газовыпускной тракт, водяную емкость, искрогаситель-охладитель, устройство подачи орошающей жидкости в искрогаситель-охладитель, трубопровод отвода сажевой пульпы из искрогасителя-охладителя, сообщающие трубопроводы и арматуру, в отличие от нее предлагаемая система дополнительно содержит камеру подвода добавочного воздуха с подходящим воздухопроводом, искрогаситель-охладитель смонтирован непосредственно за участком выхода газов от источника дымовых газов, а за ним расположен конфузор, сопряженный выходной стороной с камерой подвода добавочного воздуха, сообщающейся своей выходной стороной с газовыпускным трактом. Причем подходящий трубопровод камеры снабжен невозвратным клапаном.

В известной системе прототипа (как, впрочем, и остальных известных) искрогаситель установлен в газовыпускном тракте на значительном расстоянии от источника газов энергоустановки. Благодаря этому при движении по газовыпускному тракту успевает произойти неполное окисление большого количества догорающей сажи. Так как в известной системе сохраняется состояние недостатка кислорода для полной реакции окисления, то сажевые частицы окисляются лишь до промежуточного продукта - угарного газа (CO), а не CO₂, что опасно в экологическом отношении.

Установка мокрого искрогасителя-охладителя по заявляемому изобретению сразу после источника дымовых газов (вблизи) позволяет благодаря этому при орошении и промывании удалить из него большую часть сажи (до 75%), несколько охладить и погасить неуловленные догорающие частицы. Однако испытания показали, что сами по себе искрогасители, установленные рядом с источником газов, хотя и позволяют повысить полноту искрогашения, однако еще не обладают 100% эффективностью, и в газовыпускном тракте все же происходит неполное окисление неуловленных искр. Для придания большей интенсивности этому процессу через невозвратный клапан предложена подача добавочного воздуха в камеру подвода дополнительного воздуха, сопряженную с выходом конфузора, т.е. размещенную в месте, обладающем наибольшей скоростью потока и наименьшим давлением газа, - у среза последнего, позволяющем поток разогнать и турбулизировать. В результате этих двух причин при движении разогнанного потока далее по протяженному тракту вплоть до самого выхода меньшее количество продуктов недожега окисляется большим количеством кислорода, причем окисляется более полно. Все это в совокупности приводит к снижению концентрации CO в уходящих газах, повышению полноты и качества искрогашения и исключению выбросов из дымовой трубы искр благодаря догоранию последних в протяженном газовыпускном тракте, снижению выделения тепла по всей линии газоотвода - от источников газов и до выхода в атмосферу - за счет снижения количества движущихся по нему догорающих частиц сажи, снижению самих выбросов сажи в атмосферу за счет ее более полного догорания в протяженном газовыпускном тракте.

Таким образом, предложенная совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной технической задачи: уменьшение загрязнения атмосферы опасным газом, улучшение полноты и качества искрогашения, снижение тепловыделения в газовыпускном тракте. Кроме того, обеспечивается дополнительный эффект: снижение количества сажи в потоке газов и ее выбросов в атмосферу.

На чертеже изображена схема системы мокрого искрогашения отходящих газов энергоустановки на примере судового котлоагрегата типа КАВ. Она содержит газовыпускной тракт 1 (газоход), конфузор 2, сопряженный с его выходной стороной искрогаситель-охладитель 3, трубопровод отвода сажевой пульпы 4 из искрогасителя-охладителя, источник дымовых газов (котлоагрегат) 5 с коротким отводящим газы патрубком 6, сопряженный с искрогасителем 3, устройство подачи в искрогаситель-охладитель орошающей жидкости в виде насоса (не показано) и подающего трубопровода 7, водяной бак 8, камеру подвода добавочного воздуха 9, сопряженного торцами соответственно с конфузором 2 и выпускным трактом 1, невозвратный клапан 10 на подводящем в камеру 9 воздуховоде 11, системы котлоагрегата (не показаны).

Систему используют следующим образом. Перед пуском котлоагрегата, во время вентиляции топки, запускают насос (не показан) подачи воды в искрогаситель-охладитель. Вода из водяного бака 8 по трубопроводу 7 поступает в искрогаситель-охладитель 3, в котором распыляется, и далее удаляется из него по трубопроводу отвода сажевой пульпы 4. После окончания вентиляции топки (40-50 сек) производят запуск котлоагрегата. При его работе уходящие дымовые газы из котлоагрегата 5 попадают в искрогаситель-охладитель 3, установленный в непосредственной близости от источника дымовых газов 5. В искрогасителе-охладителе дымовые газы орошаются и промываются подаваемой водой. В ходе их орошения и промывки происходит гашение искр, некоторое охлаждение уходящих газов и вымывание из потока до 75% частиц сажи. Обработанные газы удаляются, а вода с вымытой из газов продуктами недожега топлива сажей по трубопроводу отвода сажевой пульпы 4 из искрогасителя-охладителя отводится для возможного ее сбора и утилизации (не является предметом притязаний). После прохода искрогасителя-охладителя газ попадает в конфузор 2. В конфузоре поток газа разгоняется, в связи с чем турбулизируется. Это способствует более интенсивному контакту оставшегося небольшого количества неуловленной сажи и неизменного количества молекул кислорода. В результате такого контакта частицы сажи догорают более интенсивно и полно. Этот эффект далее усиливают еще более путем подачи в поток газов добавочного воздуха. Из конфузора получивший разгон турбулизированный газ поступает в сопряженную с ним камеру подвода добавочного воздуха 9. Путем подачи воздуха в камеру 9 через невозвратный клапан 10 на воздуховоде 11 обеспечивают более полное догорание продуктов недожега топлива по всей длине газовыпускного тракта (газохода) 1. В результате достигаются более полное догорание неуловленных искр, качественное и надежное искрогашение, а концентрация угарного газа и количество сажи в выходящих в атмосферу дымовых газах снижаются.

Кроме эффективного искрогашения, снижения концентрации угарного газа и выброса сажи предложенная система позволяет
1. уменьшить тепловыделение на всем участке газоотвода от источника газов и до выхода в атмосферу за счет уменьшения количества движущихся догорающих на этом участке частиц сажи, в связи с чем снижается его термическое напряжение и увеличивается ресурс,
2. снизить отложение сажи на всем участке газоотвода от источника газов и до выхода в атмосферу за счет уменьшения количества частиц сажи в дымовых газах, этим также обеспечиваются снижение термических напряжений газоотвода и увеличение его ресурса,
3. осуществить дальнейший сбор и утилизацию выделенной сажи.

Система мокрого искрогашения отходящих газов энергоустановки обеспечивает более полное искрогашение, уменьшение выпуска окиси углерода, сажи и тепловыделения в газоходе. Система содержит сопряженные друг с другом источник дымовых газов, искрогаситель, сообщенный с водяным баком, конфузор, камеру подвода добавочного воздуха и газоход. При работе котлоагрегага 5 газы в искрогасителе 3 при подаче воды из бака 8 промываются, охлаждаются и на 75% очищаются от сажи. Сажевую пульпу отводят по трубопроводу 4, газ поступает в конфузор 2, разгоняется и турбулизируется, а оставшиеся частицы сажи в потоке интенсивно догорают. Далее разогнанный газ поступает в камеру подвода воздуха 9, смешивается с ним и движется по газоходу 1 на выход, а немногие частицы недожега топлива догорают более полно. Выходящий газ содержит меньшее количество угарного газа, сажи и искр. Положительный эффект: уменьшение тепловыделения в газоходе, увеличение его ресурса и улучшение экологических показателей. 1 ил.

Система мокрого искрогашения отходящих газов энергоустановки, содержащая участок выхода дымовых газов от источника дымовых газов энергоустановки, конфузор, газовыпускной тракт, водяную емкость, искрогаситель-охладитель, устройство подачи орошающей жидкости в искрогаситель-охладитель, трубопровод отвода сажевой пульпы из искрогасителя-охладителя, сообщающие трубопроводы и арматуру, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит камеру подвода дополнительного воздуха с подводящим воздухопроводом, искрогаситель-охладитель установлен непосредственно за участком выхода дымовых газов от источника дымовых газов, а за ним расположен конфузор, сопряженный выходной стороной с камерой подвода дополнительного воздуха, сообщающейся своей выходной стороной с газовыпускным трактом, причем подводящий воздухопровод камеры снабжен невозвратным клапаном.