КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ МОРСКОГО СУДНА Российский патент 2013 года по МПК B01D53/50 B01D53/60 B63J4/00 B01D47/00 

Изобретение предназначено для применения на морских судах и прочих морских технических средствах, энергетическая установка которых содержит двигатели внутреннего сгорания (далее «двигатель»). Актуальность изобретения обусловлена тем, что с 2015 года у побережья США и Европы, а с 2020 года во всем мире вступают в действия правила международной морской организации при ООН, ограничивающие выброс в атмосферу оксидов азота и серы.

Аналоги изобретения:

1. «Способ снижения выбросов оксида азота и/или оксидов серы в газообразных продуктах сгорания углеродного топлива (варианты)». Заявка на изобретение № RU 2002134762 А. Дата публикации - 10.04.2004 г.

2. «Газоочистное устройство». Заявка на изобретение № RU 95107771 А1. Дата публикации - 10.04.1997 г.

3. «Устройство для очистки и утилизации отходящих дымовых газов». Патент № RU 2432197 С1. Дата публикации - 27.10.2011 г.

4. «Двигатель внутреннего сгорания, транспортное средство, морское судно и способ очистки газа двигателя внутреннего сгорания». Патент № RU 2434148 С2. Дата публикации - 20.11.2011 г.

5. « Способ и система комплексной сухой и мокрой очистки дымового газа». Патент № RU 2438761 С2. Дата публикации - 10.01.2012 г.

6. «Способ и установка очистки газов, образующихся при горении, содержащих оксиды азота». Заявка на изобретение № RU 2009130257. Дата публикации - 20.02.2011 г.

Мокрый способ очистки дымовых газов щелочной жидкостью, в том числе и морской водой, применяемый изобретателем, аналогичен методам, предложенным аналогами (1), (2), (3). Новизна предлагаемой системы заключается в том, что:

1. В качестве очищающего раствора фильтра выхлопных газов применяется забортная вода с автоматически регулируемым рН в зависимости от химического состава топлива и рН забортной воды, оптимизация объема подаваемого в фильтр очищающего раствора обеспечивается автоматическим регулированием производительности насоса в зависимости от химического состава выхлопных газов и нагрузки двигателя;

2. Для компенсации сопротивления потоку выхлопных газов, вызванного утилизационным котлом, фильтром выхлопных газов и водоотделителем, устанавливается вытяжной вентилятор автоматически регулируемой производительности в зависимости от нагрузки двигателя и давления в выхлопном тракте и заслонку подачи газов на фильтр с автоматически регулируемой скоростью перемещения;

3. Очистка промывочной жидкости после фильтра выхлопных газов объединена в одну систему с очисткой льяльных вод.

Система работает следующим образом:

1. Выхлопные газы главного двигателя проходят через утилизационный котел, где охлаждаются до температуры около 170°С.

2. Автоматически управляемая заслонка направляет поток газов по дополнительному газоводу в фильтр, где происходит очистка газов от оксидов азота, оксидов серы и сажи путем продувки через встречный поток жидкости с регулируемой величиной рН.

3. В конструкцию фильтра входит дополнительный утилизационный котел для охлаждения выхлопных газов до температуры ниже 100°С с целью конденсации паров жидкости.

4. После фильтра устанавливается водоотделитель для отделения выносимых потоком газов капель жидкости.

5. Для компенсации увеличения сопротивления в выхлопном тракте применяется дополнительный вытяжной вентилятор с электроприводом. Вентилятор устанавливается после водоотделителя. Производительность вентилятора регулируется автоматически в зависимости от давления газов после турбонагнетателя и нагрузки двигателя (оборотов турбонагнетателя двигателя).

6. Возможность компенсации сопротивления потоку газов в выхлопном тракте позволяет применить фильтр минимальных габаритов с многократным прохождением газов через воду для обеспечения требуемой степени очистки.

7. Для предотвращения загрязнения и отложения солей регулярно, ориентировочно один раз в час длительностью 3 секунды, фильтр автоматически продувается паром через систему подачи воды. Автоматическая заслонка при этом закрывает доступ газов к фильтру, направляя их в обход. Столь короткое время работы с отключенным фильтром не вызовет существенного загрязнения.

8. Для предотвращения резкого изменения давления в выхлопном тракте при промывке фильтра или при пуске двигателя скорость перемещения заслонки регулируется.

9. Принимая во внимание, что в качестве чистящей жидкости применяется забортная вода, которая может иметь разную щелочность вплоть до нулевой при работе судна в пресной воде, перед подачей на фильтр рН воды автоматически доводится до оптимального путем смешивания с пресной водой или добавления гидроксида калия.

10. Для очистки выходящей после фильтра воды применяется двухступенчатый сепаратор, состоящий из центробежного сепаратора и мембранного фильтра.

11. Данный двухступенчатый сепаратор помимо очистки воды фильтра используется для очистки льяльных вод.

12. При необходимости воду можно использовать по замкнутому циклу, можно использовать очищенную льяльную воду.

13. Для прокачки воды применяется насос регулируемой производительности. Оптимизация объема подаваемой в фильтр воды обеспечивается автоматическим регулированием в зависимости от качества очистки газов и нагрузки двигателя.

14. Кроме вышеперечисленного оборудования в комплектацию устройства входят теплообменный аппарат для охлаждения чистящей жидкости, бак-ресивер, перемешиватель с дозаторами подачи пресной воды и гидроксида калия, бак для хранения гидроксида калия. Датчик контроля степени очистки льяльных вод применяется и для контроля очистки чистящей жидкости.

15. Электрооборудование системы включает частотно-импульсные регуляторы для управления частоты вращения асинхронных электродвигателей вентилятора и насоса подачи/циркуляции чистящей жидкости; приводы заслонки, клапанов и перемешивателя; датчики давления, датчики температуры, датчики рН, датчики состава выхлопных газов, датчики положения заслонок и клапанов. Управление системой процессорное.

Применение данного изобретения дает возможность достичь соответствия новым требования по экологичности энергетических установок при работе на наиболее дешевом тяжелом топливе, на которое спроектировано большинство морских двигателей внутреннего сгорания.

Дополнительными эффектами от использования данного изобретения являются:

1. Повышение КПД двигателя за счет более полного использования тепла выхлопных газов и поддержания оптимального давления в выхлопном тракте;

2. Возможность предотвращения помпажа турбонагнетателя двигателя путем изменения давления в выхлопном тракте;

3. Лучшая очистка льяльных вод благодаря двухступенчатому фильтру;

4. Возможность утилизации очищенных льяльных вод.

Изобретение применяется на морских судах. Комплексная система выполнена в трех вариантах. По первому варианту комплексная система повышения экологической безопасности энергоустановки морского судна для очистки льяльных вод и для очистки воды после фильтра выхлопных газов содержит одно устройство - двухступенчатый сепаратор, состоящий из центробежного сепаратора и мембранного фильтра с возможностью подачи очищенной воды на фильтр выхлопных газов по замкнутому циклу. По второму варианту комплексная система включает вытяжной вентилятор регулируемой производительности, установленный на выходе выхлопного тракта двигателя; подача газов на фильтр обеспечивается заслонкой с регулируемой скоростью перемещения. По третьему варианту комплексная система использует в качестве очищающего раствора фильтра выхлопных газов забортную воду с автоматически регулируемым рН в зависимости от состава применяемого топлива; щелочность достигается путем смешивания забортной воды с пресной водой или добавлением гидроксида калия; оптимизация объема подаваемого в фильтр очищающего раствора обеспечивается автоматическим регулированием производительности насоса в зависимости от качества очистки газов и нагрузки двигателя. Достигается ограниченный выброс в атмосферу оксидов азота и серы. 3 н.п. ф-лы.

1. Комплексная система повышения экологической безопасности энергоустановки морского судна для очистки льяльных вод и для очистки воды после фильтра выхлопных газов, в которой применяется одно устройство - двухступенчатый сепаратор, состоящий из центробежного сепаратора и мембранного фильтра с возможностью подачи очищенной воды на фильтр выхлопных газов по замкнутому циклу.

2. Комплексная система повышения экологической безопасности энергоустановки морского судна включает вытяжной вентилятор регулируемой производительности, установленный на выходе выхлопного тракта двигателя; для обеспечения работоспособности судового двигателя на всех режимах работы подача газов на фильтр обеспечивается заслонкой с регулируемой скоростью перемещения и возможностью промежуточных положений для частичной очистки газов; производительность вытяжного вентилятора регулируется автоматически в зависимости от давления газов после турбонагнетателя и нагрузки двигателя.

3. Комплексная система повышения экологической безопасности энергоустановки морского судна, в которой в качестве очищающего раствора фильтра выхлопных газов используют забортную воду с автоматически регулируемым рН в зависимости от состава применяемого топлива; требуемая щелочность достигается путем смешивания забортной воды с пресной водой или добавлением гидроксида калия; оптимизация объема подаваемого в фильтр очищающего раствора обеспечивается автоматическим регулированием производительности насоса в зависимости от качества очистки газов и нагрузки двигателя.