Крышная установка для очистки и утилизации дымовых газов Российский патент 2023 года по МПК E04H12/28 F23J15/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов крышных котельных от вредных примесей и утилизации их тепла и конденсата водяных паров.

Известно устройство для очистки и утилизации дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления, содержащее короб, выполненный из коррозионностойкого материала, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженными дефлекторами, уложенный на верхнее перекрытие здания, днище которого снабжено отверстиями, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов и канализационных стояков и выполнено с уклоном I в сторону канализационных стояков, а верхние кромки труб индивидуальных дымоходов расположены выше уровня поверхности днища короба на величину δ, перфорированные емкости, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем вышеупомянутые гранулы пемзы помещены внутри короба в перфорированных корзинах, установленных на высоте Н₁ от его днища на опорных планках и вертикальных перфорированных перегородках, а над перфорированными корзинами на высоте Н₂ под крышей короба расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки, соединенные снаружи короба через запорную арматуру с коллектором водопроводной воды [Патент РФ №2581072, МПК Е04 Н12/28, F23 J15/02, 2016].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность использования конденсата водяных паров дымовых газов для подпитки теплогенераторов и быстрое заиливание адсорбента - гранулированного доменного шлака, обусловленное тем, что его промывка осуществляется водопроводной водой, содержащей значительное количество различных минеральных примесей, что снижает надежность и эффективность устройства.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки и утилизации дымовых газов крышной котельной, включающее короб, выполненный из коррозионностойкого материала, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженными дефлекторами, уложенный на верхнее перекрытие помещения крышной котельной, днище которого снабжено отверстием, соединенным снизу с дымовой трубой теплогенератора, верхняя кромка которой выше днища короба на величину δ и отверстиями, в которые помещены стаканы, внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки и вертикальную перфорированную перегородку перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, над корзинами на высоте Н₂ под крышкой короба расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки, соединенные снаружи короба через запорную арматуру с коллектором промывочной воды (очищенного конденсата), днище короба выполнено с уклоном I в сторону отверстий, а днища стаканов соединены с коллектором кислого конденсата, помещенным внутри помещения крышной котельной, который, в свою очередь, соединен с дренажным коллектором и адсорбером, заполненным адсорбентом - гранулами пемзы металлургических шлаков, снабженным гидрозатвором, трубопроводом промывочной воды, дренажным трубопроводом, соединенным с дренажным коллектором, причем гидрозатвор соединен с накопительным баком, который через конденсатный насос соединен с трубопроводом питательной воды теплогенератора, трубопроводом промывочной воды и коллектором промывочной воды [Патент РФ №2627808, МПК Е04 Н12/28, F23 J15/02, 2017].

Основными недостатками известного устройства являются недостаточное количество получаемого конденсата водяных паров дымовых газов для подпитки теплогенераторов и промывки адсорбента - гранулированных доменных шлаков и невозможность использования природных осадков (дождя, снега), что снижает надежность и эффективность устройства.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение надежности и эффективности крышной установки для очистки и утилизации дымовых газов.

Технический результат достигается крышной установкой для очистки и утилизации дымовых газов, содержащей короб, выполненный из коррозионностойкого материала, крыша которого перфорирована отверстиями, частично прикрытыми снизу наклонными планками, соединенными одной стороной с вышеупомянутыми отверстиями, с углом наклона противоположной стороны относительно плоскости крыши равным 45° и направленным в стороны движения дымового газа, причем короб соединен на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженные дефлекторами, уложен на верхнее перекрытие крышной котельной, днище которого снабжено отверстием, соединенным снизу с дымовой трубой теплогенератора, верхняя кромка которой выше днища короба на величину δ и отверстиями, в которые помещены стаканы, внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки и вертикальную перфорированную перегородку перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, днище короба выполнено с уклоном I в сторону отверстий, днища стаканов соединены с коллектором кислого конденсата, помещенным внутри помещения крышной котельной, который, в свою очередь, через запорные устройства соединен с дренажным коллектором и адсорбером, заполненным адсорбентом - гранулами пемзы, снабженным гидрозатвором, трубопроводом промывочной воды, дренажным трубопроводом, соединенным с дренажным коллектором, причем гидрозатвор соединен с накопительным баком, который через конденсатный насос соединен с трубопроводом питательной воды теплогенератора.

Предлагаемая крышная установка для очистки и утилизации дымовых газов (КУОУДГ) представлена на фиг. 1-8 (фиг. 1-3 - общий вид и разрезы установки, фиг. 4-7 - узел стыковки днища короба 1 с дымовой трубой 5 и его разрезы, фиг. 8- узел стыковки короба 1 с дымовой трубой 9).

Предлагаемая КУОУДГ содержит короб 1, выполненный из коррозионностойкого материала, крыша которого 2 перфорирована отверстиями 3, частично прикрытыми снизу наклонными планками 4, соединенными одной стороной с вышеупомянутыми отверстиями 3, с углом наклона противоположной стороны относительно плоскости крыши 2 равным 45° и направленным в сторону в стороны движения дымового газа, причем короб 1 соединен на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы 5, снабженные дефлекторами 6, уложенный на верхнее перекрытие 7 крышной котельной, днище которого снабжено отверстием 8, соединенным снизу с дымовой трубой 9 теплогенератора, верхняя кромка которой выше днища короба 1 на величину δ и отверстиями 10, в которые помещены стаканы 11, внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки 12 и вертикальную перфорированную перегородку 13 перфорированные корзины 14, заполненные гранулами пемзы 15, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, днище короба 1 выполнено с уклоном I в сторону отверстий 10, днище днища стаканов 11 соединены с коллектором кислого конденсата 16, помещенным внутри помещения крышной котельной, который, в свою очередь, через запорные устройства 17 соединен с дренажным коллектором 18 и адсорбером 19, заполненным адсорбентом - гранулами пемзы 15, снабженным гидрозатвором 20, трубопроводом промывочной воды 21, дренажным трубопроводом 22, соединенным с дренажным коллектором 18, причем гидрозатвор 20 соединен с накопительным баком 23, который через конденсатный насос 24 соединен с трубопроводом питательной воды теплогенератора (на фиг. 1-8 не показан).

КУОУДГ работает следующим образом. Дымовые газы теплогенератора (на фиг. 1-8 не показан) котельной по дымовой трубе 9 поступают в короб 1, который снизу через свое днище соприкасается с верхним перекрытием 7 помещения котельной, а сверху через крышу короба 2 омывается наружным воздухом. В коробе 1 дымовые газы равномерно распределяются в его полости, скорость их резко уменьшается и они поднимаются к перфорированным корзинам 14, двигаясь, в основном, вертикально. Далее дымовые газы проникают через отверстия в днищах перфорированных корзин 14, заполненных гранулами 15 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 15 назначен из условий максимального заполнения корзин 14 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). При этом в процессе работы количество дымовых газов, проходящих через отверстия в перфорированных перегородках 13 незначительно, так как перфорация перегородок 13 выполняется такой, чтобы их сопротивление было значительно большим, чем у слоя гранул пемзы 15 в корзинах 14. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой, состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) c модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. -М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А. К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам 15 основные свойства, позволяя сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, присутствующие в дымовых газах (NO_x, SO_x , СО, СО₂), а высокая пористость их структуры создает высокую удельную поверхность, что, в конечном итоге, позволяет использовать гранулы 15 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при различных температурах. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 15 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Поток дымовых газов, проходя через слой гранул пемзы 15, попадая на их поверхность и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО, СО₂), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 15. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 15 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул 15 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в дымовых газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива) со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SО₃. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 15 в результате капиллярной конденсации паров воды и конденсата, стекающего с крыши короба 1 (этот конденсат образуется в результате конденсации паров воды, находящихся в дымовых газах на внутренней поверхности крыши короба 1 с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 15 оседают, находящиеся в дымовых газах мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные дымовые газы из верхней зоны короба 1 поступают в дымовые трубы 5, снабженные дефлекторами 6, откуда выбрасываются в атмосферу. При этом, очищенные дымовые газы практически не попадают в отверстия 3, прикрытые снизу наклонными планками 4, угол наклона которых совпадает с направлением потока газов (от дымовой трубы теплогенератора 9 в сторону дымовых труб 5) и препятствует проходу дымовых газов через отверстия 3, размер которых также создает дополнительное сопротивление, в атмосферу. Сопротивление, обусловленное наличием слоя гранул 15 шлаковой пемзы и короба 1 дымовой трубой 9 и дымовыми трубами 5, компенсируется за счет конденсации значительной части водяных паров в коробе 1 на внутренней поверхности его крыши и в порах гранул 15, что значительно уменьшает объем дымовых газов, их незначительной скорости движения в коробе 1, а также дополнительной тяги, которую создает дефлектор 6 [В. Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II.-М.; Стройиздат, 1978, с. 309], что, в конечном счете, увеличивает суммарную тягу во всех газоходах (дымовой трубе 9, коробе 1 и дымовых трубах 5). В результате теплообмена, одновременно с охлаждением и очисткой дымовых газов в коробе 1 и конденсацией водяных паров в них, за счет отводимого от них тепла, происходит подогрев верхнего перекрытия 2 котельной, а образовавшийся кислый конденсат, стекает вниз через слой гранул 15 и далее по наклонному днищу с уклоном I в стаканы 11, (величина угла уклона I должна быть больше или равна углу естественного откоса воды). При этом, двигаясь по днищу короба 1, кислый конденсат не затекает в канал дымовой трубы 9, так ее кромка выше поверхности днища короба 1 на величину δ, значение которой выбирается из условия гарантированного предотвращения попадания конденсата в дымовую трубу 9. Кислый конденсат, полученный в результате конденсации водяных паров, обогащенный вредными компонентами дымовых газов, из стаканов 11 под напором Н₃ через коллектор кислого конденсата 16 направляется в адсорбер 19, заполненный гранулированным металлургическим шлаком 15, где за счет его основных свойств очищается от кислых компонентов и поступает через гидрозатвор 20 в накопительный бак 23. Из бака 20 очищенный конденсат насосом 24 может подаваться или на подпитку в теплогенератор (на фиг. 1-8 не показан) или на промывку в адсорбер 19.

Дымовые трубы КУОУДГ размещают по кромкам обоих скатов крыши для того, чтобы дефлекторы 6 противоположных труб 5 при изменении направления ветра могли компенсировать друг друга. Размеры дымовых труб 5, площадь короба 1 и перфорированных корзин 14, объем гранул 15 и живое сечение перфорации в каждой из них, число перфорированных корзин 11, их размеры, высоты Н₁ и Н₂ определяются в зависимости от суммарной мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов, а высота Н₃ должна быть больше сопротивления слоя шлака 15 в адсорбере 19. При этом аэродинамическое сопротивление перфорированных перегородок 13 должны быть больше сопротивления слоя гранулированного шлака 15, что регулируется величиной площади живого сечения перфорации перегородок 13, которое в тоже время должно обеспечивать пропуск дымовых газов в дымовые трубы 5 при увеличении сопротивления слоя гранул пемзы 15, например, при уплотнении слоя гранул пемзы 15 в корзинах 14, которое может произойти из-за их старения и механического разрушения. Одновременно, при проектировании и изготовлении перфорированной крыши 2 принимают такое число и размеры отверстий 3 и наклонных планок 4, чтобы, наряду с их способностью пропускать требуемое количество атмосферных осадков, их суммарное аэродинамическое сопротивление для дымовых газов несколько превышало самотягу в дымовых трубах 5.

Регенерация адсорбента - гранул 15 в коробе 1 и адсорбере 19 производится водой атмосферных осадков по мере их поступления. Использование воды атмосферных осадков для нужд регенерации обусловлено отсутствием в ней минеральных примесей. При этом, в теплый период года вода поступает на поверхность гранул 15 непосредственно из отверстий 3 из атмосферы, а в холодный период года вода поступает по мере таяния снега, скапливающегося на поверхности крыши 1, также из отверстий 3 за счет тепла дымовых газов . Процесс регенерации в коробе 1 заключается в очистке поверхности и пор гранул 15 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 15 в корзинах 14 водой атмосферных осадков, поступающей из отверстий 3 крыши 2. Промывку гранул шлака 15 в адсорбере 19 осуществляют через трубопровод промывочной воды 21. Обратная промывочная вода (вода атмосферных осадков), насыщенная кислотными компонентами и СО₂, выводится из короба 1 и адсорбера 19 через коллектор кислой воды 16 и дренажный трубопровод 22, соответственно, в дренажный коллектор 18, откуда сбрасывается в канализацию. Сброс обратной промывочной воды, полученной из атмосферных осадков и конденсата, насыщенных кислотными компонентами и СО₂ в сточные воды снижает их рН и появление твердых отложений в угловых и горизонтальных участках труб канализационной сети, а происходящее при этом обогащение сточных вод СО₂ способствует процессам фотосинтеза [Комов В. П. и др. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с. 210] на полях орошения городских очистных сооружений.

При механическом износе гранул 15 их заменяют на свежие. Периодичность и продолжительность промывки зависит от периодичности и продолжительности выпадения атмосферных осадков. Время замены адсорбента определяются опытным путем.

При этом, использование, очищенной от кислотных компонентов смеси конденсата водяных паров дымовых газов и воды атмосферных осадков, в качестве подпиточной воды, снижает нагрузку на блок химводоочистки (на фиг. 1-8 не показан) и позволяет работать парогенератору в режиме автономного водоснабжения без использования посторонних источников воды, а использование воды атмосферных осадков, в качестве промывочной воды вместо водопроводной воды, повышает качество промывки и увеличивает время эксплуатации адсорбента - гранулированного доменного шлака 15.

Таким образом, предлагаемое установка обеспечивает очистку дымовых газов теплогенератора крышной котельной от вредных компонентов без применения дорогих и опасных химических реагентов, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков c модулем основности М>1, а в качестве промывочной воды для регенерации адсорбента воду атмосферных осадков, позволяет одновременно утилизировать тепло дымовых газов и конденсат водяных паров, что снижает нагрузку на блок химводоочистки, обеспечивает автономное водоснабжение котельной для подпитки парогенератора и регенерации адсорбента, а также проводить процессы регенерации адсорбента без остановки теплогенератора с высокой надежностью и эффективностью.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов крышных котельных от вредных примесей и утилизации их тепла и конденсата водяных паров. Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение надежности и эффективности крышной установки для очистки и утилизации дымовых газов. Крышная установка для очистки и утилизации дымовых газов обеспечивает очистку дымовых газов теплогенератора крышной котельной от вредных компонентов без применения дорогих и опасных химических реагентов, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков c модулем основности М>1, а в качестве промывочной воды для регенерации адсорбента, благодаря тому, что короба перфорирована отверстиями, частично прикрытыми снизу наклонными планками, соединенными одной стороной с вышеупомянутыми отверстиями с углом наклона противоположной стороны относительно плоскости крыши, равным 45° и направленным в стороны движения дымового газа, используется вода атмосферных осадков, позволяет одновременно утилизировать тепло дымовых газов и конденсат водяных паров, что снижает нагрузку на блок химводоочистки, обеспечивает автономное водоснабжение котельной для подпитки парогенератора и регенерации адсорбента, а также позволяет проводить процессы регенерации адсорбента без остановки теплогенератора с высокой надежностью и эффективностью. 8 ил.

Крышная установка для очистки и утилизации дымовых газов, содержащая короб, выполненный из коррозионностойкого материала, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженными дефлекторами, уложенный на верхнее перекрытие помещения, днище которого снабжено отверстием, соединенным снизу с дымовой трубой теплогенератора, верхняя кромка которой выше днища короба на величину δ и другими отверстиями, внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки и вертикальную перфорированную перегородку перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, днище короба выполнено с уклоном I в сторону отверстий, в которые помещены стаканы, днища стаканов соединены с коллектором кислого конденсата, помещенным внутри помещения крышной котельной, который в свою очередь соединен с дренажным коллектором и адсорбером, заполненным адсорбентом – гранулами пемзы металлургических шлаков, снабженным гидрозатвором, трубопроводом промывочной воды, дренажным трубопроводом, соединенным с дренажным коллектором, причем гидрозатвор соединен с накопительным баком, который через конденсатный насос соединен с трубопроводом питательной воды теплогенератора, отличающаяся тем, что крыша короба перфорирована отверстиями, частично прикрытыми снизу наклонными планками, соединенными одной стороной с вышеупомянутыми отверстиями с углом наклона противоположной стороны относительно плоскости крыши, равным 45° и направленным в стороны движения дымового газа.