СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B01D53/32 

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки выхлопных газов газотурбинных установок от СО, углеводородов, NO_x и найдет применение на газоперекачивающих станциях и электростанциях, использующих в качестве привода газотурбинные двигатели.

Известен способ очистки газов от вредных примесей облучением потока газов электронным пучком с использованием в качестве источника электромагнитного излучения плазмы стриммерного разряда (см., например, патент RU № 2184601, кл. В01Д 53/32, 10.07.2002).

Основным недостатком известного способа является невозможность одновременной очистки газов от всех примесей (СО, углеводородов, NO_x).

Известно устройство, содержащее реакционную камеру с источниками электронов (см., например, патент RU № 2184601, кл. В01Д 53/32, 10.07.2002).

Недостатком известного способа и устройства является также невозможность одновременной очистки газов от всех примесей и ненадежность работы при высоких температурах, ухудшаются условия работы обслуживающего персонала.

Поставленная задача - повышение степени очистки газов от всех примесей в пределах газовода, улучшение условий эксплуатации.

Поставленная цель достигается за счет того, что поток выхлопных газов облучают электронным пучком и обрабатывают раствором химического элемента, при этом процесс осуществляют в две стадии, в первой стадии газ очищают от СО и углеводородов по радикально-цепному механизму путем фотохимической инициации газовой смеси с использованием в качестве источника электромагнитного излучения плазмы стриммерного разряда, а во второй стадии газ очищают от NO_x подачей в активизированную смесь, по всему сечению газовода, распыленного водного раствора карбамида. Способ очистки газов обеспечивается устройством, включающим реакционную камеру газовода с источником электронов и форсунки подачи водного раствора химического реагента, при этом источники создания плазмы стриммерного разряда установлены в газоходе непосредственно за системой выхлопа газотурбинного двигателя и выполнены в виде чашечной пластины - катода из металлокерамики, закрепленной на изолирующей стойке, внутри которой размещен стержень-проводник, а аноды закреплены на стойках элементов конструкции стенки газохода, при этом форсунки подачи и распыла водного раствора карбамида размещены за ними по ходу газового патока. Крепление стержней-проводников и форсунок снабжено теплоизоляцией и элементами компенсации температурных изменений их длины.

Способ очистки газов газотурбинных установок от вредных примесей и устройство для осуществления этого способа поясняются чертежами,

где

на фиг.1 показан общий вид устройства на участке газовода;

на фиг.2 - поперечный разрез по газоводу и излучателям;

на фиг.3 - поперечный разрез по газоводу и по форсункам подачи раствора;

на фиг.4 - элемент «В», штанга подачи распыла раствора;

на фиг.5 - элемент «Г», электромагнитный излучатель.

Устройство (фиг.1) включает реакционную камеру 1 в газоводе 2 с источником электронов 3 и штанги 4 подачи раствора. Источники электронов 3 (фиг.2; 5) установлены в газоходе 2 непосредственно за системой выхлопа газотурбинного двигателя и выполнены в виде чашечной пластины - катода 5, выполненной из металлокерамики, закрепленной на изолирующей стойке 6, внутри которой размещен стержень-проводник 7, а аноды 8 закреплены на стойках 9 крышек 10 стенки 11 газохода 2. Стержень-проводник 7 соединен проводником 12 с генератором 13. Проводник 12 размещен в масле, залитом в резервуаре 14 в виде гибкого рукава, например гофрированного шланга, соединенного с крышкой 15 на стенке 11 газовода 2 и на днище генератора 13. Штанги 4 (фиг.3 и 4) подачи распыла водного раствора карбамида размещены за источниками электронов 3 (по ходу газового потока, см. фиг.1) и выполнены в виде трубопровода 16, на одном конце которого установлена форсунка 17 для распыла раствора, а второй конец закреплен на крышке 18 с закрепленной на ней трубой 19 подвода раствора. Штанга 4 закрыта кожухом 20, внутри которого имеется теплоизолирующая набивка 21. Крышка 18 закреплена на крышке 22, соединенной с патрубком 23, закрепленным на стенке 24 газовода 2. В днище 25 патрубка 23 имеется отверстие для прохода кожуха 20 со свободой перемещения в нем при температурных удлинениях кожуха 20.

Во время работы устройства по очистке газов газотурбинной установки от вредных примесей (СО, углеводородов, NO_x) очистку производят в две стадии в процессе перемещения газа по газоводу 2 от системы выхлопа газотурбинного двигателя до выброса в атмосферу. В первой стадии газ очищают в реакционной камере 1 от СО и углеводородов путем воздействия на поток газа электромагнитным излучением плазмы стриммерного разряда в зоне катодов 5 и анодов 8, питающихся от генератора 13. Во второй стадии активизированный газ очищают от NO_x путем воздействия на него водным раствором карбамида (NH₂CONH₂) в зоне подачи его форсунками 17 в распыленном виде.

Карбамид (NH₂CONH₂) в условиях выхлопного тракта газотурбинной установки (Т_г>400°С) под воздействием температуры и излучения разлагается с образованием радикалов NH₂, которые реагируют с NO_x и О₃. Продуктами реакции являются N₂ и Н₂О. Возможные остатки окиси углерода после первой стадии окисляются озоном до СО₂.

Способ и макет устройства изготовлены и опробованы в лабораторных условиях, подтверждено достижение поставленной задачи.

Планируется проверка способа и устройства в составе газотурбинной установки.

Опыт эксплуатации аналогичных способов и устройств дает основание утверждать о возможности промышленного и эксплутационного использования способа и устройства.

Примеры осуществления способа очистки газов газотурбинных установок от вредных примесей.

Пример 1.

Использовался газогорелочный блок ГГБ-225 конструкции и изготовления СНТК им. Н.Д.Кузнецова (г. Самара). Режим работы - мощность блока 90 кВ. Топливо - пропан. Измеренные вредные примеси на выходе из блока: NO_x - 100 мг/м³, СО - 37 мг/м³. Выхлопные газы пропускались через камеру электромагнитного излучения плазмы стриммерного разряда ГВИ-150, с частотой 100 Гц, мощностью 150 кВ. За камерой были установлены форсунки для впрыскивания водного раствора карбамида с расходом 1 г карбамида на 2 г NO_x. По результатам замера состава продуктов сгорания была зафиксирована очистка выхлопного газа от СО и углеводородов на 80% и от NO_x на 90%.

Пример 2.

В качестве источника продуктов сгорания использовался газовый лучистый обогреватель ГОЛ-40 конструкции и изготовления упомянутого предприятия; режим работы - мощность блока 45 кB. Измеренные вредные выбросы на выходе из блока: NO_x - 107 мг/м³, СО - 94 мг/м³. После обработки выхлопных газов, как и в предыдущем примере, получена очистка от NO_x - 80...87% и от СО и углеводородов на 85...90%.

Изобретение относится к технике очистки выхлопных газов и может применяться на газоперекачивающих станциях и электростанциях. На первой стадии выхлопной газ подают в реакционную камеру 1 для очистки от СО и углеводородов путем воздействия на поток электромагнитным излучением плазмы стриммерного разряда. На второй стадии газ очищают от NO_x воздействием распыленного водного раствора карбамида. Источники для создания плазмы стриммерного разряда 3 устанавливают в газоходе 2 непосредственно за системой выхлопа двигателя. Форсунки подачи и распыла водного раствора карбамида размещены за ними по ходу газового потока. Предложенное изобретение позволяет повысить степень очистки газов и улучшить условия эксплуатации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ очистки газов газотурбинных установок от вредных примесей, включающий облучение потока газов электронным пучком и использование в качестве источника электромагнитного излучения плазмы стриммерного разряда, отличающийся тем, что процесс осуществляется в две стадии, при этом в первой стадии газ очищают от СО и углеводородов по радикально-цепному механизму путем фотохимической инициации газовой смеси, а во второй стадии газ очищают от NO_x подачей в активизированную смесь по всему сечению газовода распыленного водного раствора карбамида.2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее реакционную камеру с источниками для создания плазмы стриммерного разряда, отличающееся тем, что они установлены в газоходе непосредственно за системой выхлопа газотурбинного двигателя и выполнены в виде чашечной пластины-катода из металлокерамики, закрепленной на изолирующей стойке, внутри которой размещен стержень-проводник, анодов, закрепленных на стойках крышек стенки газохода, а за источниками для создания плазмы стриммерного разряда по ходу газового потока размещены форсунки подачи и распыла водного раствора карбамида.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что крепление стержней-проводников и форсунок снабжено теплоизоляцией и элементами компенсации температурных изменений их длины.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что проводник, соединяющий генератор высоковольтных импульсов источников для создания плазмы стриммерного разряда со стержнем-проводником, снабжен компенсатором температурных изменений длины, например, гибким рукавом, заполненным маслом.