Устройство для очистки отработавших газов от вредных веществ
Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов от NOx. Отработавшие газы (ОГ) поступают в устройство очистки от вредных веществ ВВ. Неокисленные компоненты вначале частично дожигаются при температуре ОГ путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ в месте ввода химически активной среды (ХАС) не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика 19 регулятора 20 и в блок121 управления исполнительным механизмом 22 запорного органа 4. Концентрация NOx в ОГ уменьшается путем ввода ХАС через форсунку 2. Далее производится повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ путем ввода газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа не равна заданной, то сигналы от датчика 9 и задатчика 11 поступают в блок 10 сравнения, а оттуда - на изменение уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок 14 управления исполнительным механизмом 15 запорного органа 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.ОXIОСл)
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (II) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714500/ 6 (22) 03.07.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Московский авиационный институт им. Cepro Орджоникидзе ! (72) И.И.Кутыш, А.И.Папуша и А.А.Шейпак (53) 621.43.068.4 (088.8) (56) Патент CLLIA N. 3908365, кл. F 01 N 3/14, опублик. 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБО-, ТАВШИХ ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, (57) Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов от МОх. Отработавшие газы (ОГ) поступают в устройство очистки от вредных веществ ВВ. Неокисленные компоненты вначале частично дожигаются при температуре ОГ путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа, содержащего кисло-. род. Если температура потока ОГ в месте ввода химически активной среды (ХАС) не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика 19 регулятора 20 и в блок 21 управления исполнительным механизмом 22 запорного органа 4. Концентрация NOx в ОГ уменьшается путем ввода ХАС через форсунку 2. Далее производится повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ путем ввода газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа не равна заданной, то сигналы от датчика 9 и задатчика 11 поступают в блок 10 сравнения, а оттуда — на изменение Б уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок 14 управления исполнительным механизмом 15 запорного органа 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 1710793 Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к защите воздушного бассейна от выбросов вредных веществ (В В) при сжигании углеводородных топлив в различных энергетических установках, таких как двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные двигатели, ракетные двигатели, мартеновские печи, котлы ТЭС и т.д. Известен способ дожигания отработавших газов (ОГ) путем регулируемого ввода подогретого воздуха с последующим равномерным смешением его с ОГ и дальнейшим самовоспламенением при поддержании температуры в зоне горения в пределах от 950 до 1300 С. Этот способ и ригоден только для очистки ОГ в основном от СО и несгоревших углеводородов и малоэффективен при очистке ОГ от NOx, так как скорости химических реакций образования и разложения NOx в указанном диапазоне температур (950 — 1300 С) и ра ктически "заморожен ы". Известно также устройство очистки ОГ от ВВ, в соответствии с которым производится частичное дожигание неокисленных компонентов в потоке ОГ при температуре не ниже 850 С за счет ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород, уменьшение концентрации NOx.за счет воздействия на поток ОГ химически активной средой (ХАС), повторное дожигание неокисленных компонентов при температуре потока ОГ не менее 350 С за счет ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород. В этом устройстве уменьшение NOx в ОГ происходит за счет того, что с участием вещества ХАС химические реакции образования и разложения NOx протекают с достаточной скоростью в низкотемпературной области, близкой к температуре истечения ОГ из энергоустановки. При отсутствии ХАС интенсивное протекание реакций образования и разложения NOx наблюдается при температуре выше 1700 С. Такой уровень температур в ОГ может быть достигнут только при дополнительном сжигании топлива, что нецелесообразно экономически. Поэтому низкотемпературное йодавление эмиссии NOx с помощью ХАС без дополнительного сжигания топлива является главным достоинством этого технического решения. Известно, что температура ОГ на выходе из энергоустановки может изменяться в очень широких пределах от 600 до 1300 С и определяется в основном типом топлива, типом энергоустановки и режимом ее работы. Поэтому эффективность уменьшения NOx в ОГ с помощью выбранной XAC npu существенном изменении температуры ОГ может оказаться очень низкой, Цель изобретения — увеличение эффективности очистки ОГ от NOx при значительном изменении температуры потока ОГ на выходе из энергоустановок. Существенное уменьшение концентрации NOx при взаимодействии ХАС с ОГ проявляется в очень узком температурном диапазоне с ярко выраженным минимумом концентрации NOx в ОГ, т.е. имеет место оптимальная температура ХАС, при которой наблюдается минимальная концентрация N0x в ОГ. 10 стройкой температуры потока ОГ под оптимальную температуру ХАС путем регулируемого ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород. Помимо этого газ, содер20 жащий кислород, подогревают до температуры, близкой к температуре потока ОГ на выходе из энергоустановки, а ХАС перед вводом в поток ОГ подогревают до температуры, близкой к температуре ОГ, в месте ввода ХАС. Газ, содержащий кислород, и ХАС можно подогревать, например, за счет подвода энергии извне или за счет энергии потока ОГ. Если газ, содержащий кислород, и ХАС 25 подогревать с помощью энергии потока ОГ, то их температуры будут ниже температуры ОГ примерно на 50 — 100 С в месте ввода, т.е, будут близкими к температуре потока ОГ. Подогрев газа, содержащего кислород, и веществ ХАС повышает реакционную спосрбность веществ и способствует достижению поставленной цели. На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — график эксперимен30 40 тальных данных по влиянию аммиака, который выбран в качестве ХАС, и температуры потока ОГ на относительную концентрацию NO в ОГ. Устройство для очистки ОГ от ВВ содержит корпус 1, форсунки 2 для ввода ХАС и газа, содержащего кислород, теплообменники 3, запорные органы 4, датчики 9 и 16 температуры, чувствительные элементы 23 и 24 датчиков температуры, задатчики 11 и 18 температуры, блоки 10 и 17 сравнения со своими задатчиками температуры соответственно 11 и 18, задатчики 12 и 19 регуляторов, регуляторы 13 и 20, блоки 14 и 21 управления запорными органами 4, испол45 55 нительные механизмы 15 и 22, пробоотборники 26 — 28 ОГ и газоанализатор 25. Устройство работает следующим образом. ОГ 5 поступают из энергоустановки в устройство очистки ОГ от BB. Температура 15 Поставленная цель достигается под1710793 55 ОГ может изменяться в широких пределах, например от 600 С и выше. Верхний предел по температуре ОГ на входе в предлагаемое устройство определяется температурой, ко- торая равна сумме оптимальной температуры для данной ХАС и падению температуры ОГ на двух теплообменниках. Неокисленные компоненты, содержащиеся в ОГ, вначале частично дожигаются при температуре ОГ, которая в месте ввода ХАС 7 равна оптимальной температуре для данной ХАС, путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа 6, содержащего кислород. При этом дожигание производится так, что оставшееся количество СО больше, чем начальное количество NOx в ОГ. Концентрация СО и начальная концентрация NO< определяются с помощью стандартного газоанализатора 25 и пробоотборников 27 и 26 соответственно. Если температура потока ОГ в месте ввода ХАС не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика 19 регулятора 20 и в блок 21 управления исполнительным механизмом 22 на открытйе или закрытие запорного органа 4 в зависимости от знака разностного сигнала. Затем уменьшается концентрация NOX в ОГ за счет воздействия на поток ОГ подогретой в теплообменнике 3 ХАС7 через форсунку 2. Начальная и конечная концентрации NO> определяются с помощью пробоотборников 26 и 28 и газоанализатора 25. Далее производитоя повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ при температуре не ниже 350 С путем ввода в поток ОГ через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа 6, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа 6 не равна заданной, то на основании сигналов датчика 9 температуры и задатчика11 разностный сигнал из блока 10 сравнения поступает на именение уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок 14 управления исполнительным механизмом 15 на открытие или закрытие запорного органа 4 в зависимости от знака разностного сигнала. Отличие систем регулирования подачей газа 6, содержащего кислород„состоит в том, что при первичном дожигании неокисленных компонентов в ОГ задатчик 18 настроен на оптимальную температуру ХАС 7, а при повторном дожигании задатчик 11 настроен на любую заданную температуру не ниже 350 С. Проведены экспериментальные исследования предлагаемого устройства, с помощью которого достигается увеличение эффективности очистки ОГ от NOX. Эффективность очистки ОГ от NOx оценивалась величиной, которая является отношением измеренной конечной концентрации NOX в ОГ на выходе из устройства очистки к- измеренной начальной концентрации NO> в ОГ на входе в устройство очистки. В качестве газа 6, содержащего кислород, использовался воздух, а в качестве ХАС 7 использовался аммиак. Вначале экспериментально определена оптимальная температура для аммиака, при которой достигается максимальное подавление концентрации NO. ОГ 5 в устройство очистки подавались такими, чтобы с учетом отвода энергии от потока ОГ к теплообменнику 3 их температура в месте ввода ХАС 7 изменялась от 800 до 1150 С. При этом исходная концентрация NO в ОГ поддерживалась неизменной и равной 300 ед/млн. Воздействуя на поток ОГ одним и тем же количеством аммиака, концентрация которого равна 480 ед/млн, уменьшалась концентрация NO. Воздействие на поток ОГ с помощью воздуха исключалось, так как запорные органы 4 были полностью закрыты. Из графика (фиг.2) видно, что оптимальная температура, при которой достигается максимальное подавление NO, равна 980 С. При этом концентрация NO уменьшается примерно в 10 раз. Диапазон температур, в котором проявляется весьма существенное уменьшение NO в ОГ, как видно из графика (фиг.2), составляет 200— 250 C. Затем на входе в устройство очистки устанавливалась температура ОГ 5, равная 700 С, Исходная концентрация NO в ОГ поддерживалась такой же, как и в предыдущем эксперименте. Путем регулируемого ввода через форсунку 2 с помощью запорного органа 4 подогретого в теплообменнике 3 воздуха производилось дожигание неокисленных компонентов в ОГ, температура которых в месте ввода ХАС 7 поддерживалась равной оптимальной температуре аммиака (980 С). Для увеличения температуры потока ОГ с 700 С на входе в устройство очистки до 980 С в месте ввода XAC с учетом теплоотдчи в теплообменниках 3 потребный расходвоздухасоставил 27 от расхода ОГ через устройство очистки. При этом концентрация СО в ОГ после первичного дожигания составляла 400 ед/млн. Повторное дожигание неокислен1710793 люкон Ныонач ЯИ ВОО 900 1000 1100 f200 Раг.2 ных компонентов в потоке ОГ при температуре не ниже 350 С осуществлялось регулируемым вводом в поток ОГ подогретого в теплообменнике 3 через форсунку 2 12% воздуха от расхода ОГ через устройство очистки с помощью запорного органа 4. Как и в первом эксперименте, концентрация ХАС, с помощью которой уменьшалась NO в ОГ, составляла 480 ед/млн. Конечная измеренная концентрация NO в ОГ 8 на выходе из устройства очистки соответствовала минимально возможной для данной концентрации аммиака в ОГ. Аналогичный результат может быть достигнут при любой другой температуре потока ОГ на входе в устройство очистки, если NO в потоке ОГ уменьшать в соответствии с предлагаемым техническим решением (фиг.1). Использование предлагаемогого устройства обеспечивает по сравнению с известными надежную очистку ОГ от NOx до уровня, определяемого нормами на выбросы ВВ, увеличение. экономичности энергоустановки за счет применения утилизации энергии ОГ при подогреве веществ ХАС и газа, содержащего кислород. Формула изобретения 1, Устройство для очистки отработавших газов от вредных веществ, содержащее корпус с установленными в нем первой, второй и третьей форсунками с запорными органами, причем первая и третья форсунки предназначены для подачи газа, содержа5 щего кислород, а вторая — для подачи химически активной среды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки отработавших газов от NOx, оно дополнительно содержит орган регулирова10 ния подачи газа, содержащего кислород, а запорные органы первой и третьей форсунок снабжены исполнительными механизмами, орган регулирования выполнен в виде двух датчиков температуры, один из кото15 рых размещен после первой форсунки, а другой — после третьей форсунки, блоков сравнения с задатчиками, регуляторов с задатчиками и блоков управления исполнительными механизмами, каждый из которых 20 сообщен с соответствующим задатчиком блока сравнения через последний, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что содержит теплообменник, свя25 занный с первой и третьей форсунками. 3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно содержит дополнительный теплообменник, связанный с вто30 рой форсункой.
