Устройство для очистки газов

 

Устройство относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от примесей органических веществ. Устройство для очистки газов состоит из каталитической секции, содержащей токонагреваемые каталитические блоки из пенометалла с различным каталитическим покрытием, спирального теплообменника-рекуператора и контрольно-управляющего блока. Токонагрев каталитических блоков осуществляется вмонтированными в блоки электронагревателями. Контрольно-управляющий блок регулирует нагрев каталитических блоков, обеспечивает безопасность ведения процесса и долговременную фиксацию его параметров. Изобретение позволяет уменьшить габариты и вес типовой конструкции устройства для очистки газов в 10 раз, энергопотребление в 2 раза по сравнению с аналогами и прототипом. 5 ил.

Изобретение относится к технике очистки технологических и вентиляционных газов от примесей органических веществ и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где ведутся работы с органическими веществами.

Известна конструкция устройства для очистки газов, содержащая вертикальный корпус, крышки со штуцерами для ввода и вывода газов, расположенную в корпусе каталитическую вставку, состоящую из нескрепленных между собой блоков, расположенных последовательно по направлению газового потока и включающих в себя каталитический элемент, установленный в кассету специальной конструкции, образующей лабиринтное уплотнение и термическую набивку компенсационного зазора термического расширения между кассетой и корпусом устройства (заявка 99104943 от 11.03.99 г. на изобретение "Устройство для очистки газов").

Наиболее близким по конструкции является каталитический аппарат по а.с. 1762459, принятый авторами за прототип. Аппарат состоит из спирального теплобменника-рекуператора, где спиральные каналы выполнены из гофрированных полуцилиндрических обечаек одного диаметра, смещенных относительно друг друга на ширину канала, причем гофрированные складки выполнены поперек движения газового потока. Концы теплообменника соединены со штуцерами ввода и вывода очищаемых газов. Внутри теплообменника расположена каталитическая секция и электронагреватель, причем электронагреватель расположен над слоем насыпного катализатора. Данный аппарат имеет большие габариты, вес и энергопотребление, так как в нем используется принцип нагрева электронагревателями всего газового потока до насыпного катализатора для обеспечения требуемой температуры каталитического процесса. Кроме того, конструкция не предусматривает безопасного ведения процесса при аварийном выбросе органических соединений в очищаемый газовый поток.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и безопасности процесса и расширение возможностей его применения, уменьшение веса, габаритов и энергопотребления устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство для очистки газов, содержит корпус в виде спирального рекуператора, концы которого соединены со штуцерами ввода и вывода очищаемых газов. Корпус выполнен из полуцилиндрических обечаек одного диаметра, смещенных относительно друг друга на ширину канала и соединенных продольными кромками с полуцилиндрическими обечайками, имеющими диаметр, больший на ширину канала. На обечайках выполнены гофры. Внутри спирального теплообменника расположена каталитическая кассета. Устройство дополнительно включает сменный фильтр, расположенный на входе спирального теплообменника; пламепреградители, расположенные на входе и выходе спирального теплообменника; термодатчики, расположенные на каталитическом блоке и на выходе теплообменника; дифференциальный датчик давления газов на входе и выходе устройства и выносной контроллер. Кроме того, каталитические кассеты выполнены съемными и содержат электронагреватели, поджатые ленточными пружинами к каталитическим элементам, выполненным из открытоячеистого пеноникеля и покрытым каталитическим составом.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - разрез устройства для очистки газов; на фиг.3 - разрез вида сверху; на фиг.4 показана каталитическая секция; на фиг.5 - ее разрез.

Устройство для очистки газов включает токонагреваемую сменную каталитическую кассету 1, спиральный противоточный теплообменник-рекуператор 2, теплоизоляцию 3, пламепреградители 4, фильтр 5, термопары 6, дифференциальный датчик давления 7, контроллер 8.

Нагрев каталитических блоков 9 осуществляется электронагревателями 10, поджатыми к блокам ленточными пружинами 11. Спиральные каналы 12 выполнены из полуцилиндрических гофрированных обечаек 13, 14 одного диаметра, смещенных относительно друг друга на ширину канала и соединенных с обечайками 15, 16, имеющими увеличенный на ширину канала диаметр, через основание 17, крышку 18 и разделители 19.

Электронагреватели в керамическом или нержавеющем изолированном корпусе кассеты зажаты между каталитическими блоками ленточными пружинами для обеспечения тесного контакта и улучшения теплообмена с каталитическими блоками. В качестве носителя каталитических блоков использован окрытоячеистый пеноникель, имеющий хорошую теплопроводность и жаростойкость. Каталитический состав на каждом слое блоков меняется в сторону увеличения содержания драгоценных металлов по ходу потока газа для уменьшения материалоемкости и стоимости блоков при сохранении высокой активности и ресурса. Сменный гофрированный фильтр выполнен из проницаемой ткани. Пламепреградители представляют собой металлическую сетку. Спиральный теплообменник выполнен из металлических полуцилиндрических обечаек одного диаметра, смещенных относительно друг друга на ширину канала и соединенных продольными кромками с полуцилиндрическими обечайками, имеющими диаметр, больший на ширину канала. На полуцилиндрических обечайках выполнены гофры в направлении потока газа. Для улучшения жесткости конструкции и турбулизации газового потока между стенками канала через равные промежутки помещены разделители из витой металлической ленты. Контроль температуры электронагревательных элементов и газов на выходе каталитических блоков осуществляется термодатчиками. Увеличение гидравлического сопротивления фильтра при выработке его ресурса работы контролируется дифференциальным датчиком давления. Управление, автоматическое поддержание оптимальной температуры процесса и регистрацию параметров работы устройства осуществляет выносной контроллер.

Устройство для очистки газов работает следующим образом.

Вентилятор (не показан) через вход реактора подает технологические и вентиляционные газы. Входящий газ через сетку пламепреградителя 4 и фильтр 5 поступает в противоточный теплообменник-рекуператор 2, соприкасается со стенками, перемешивается разделителями и подогревается до температуры ниже начала процесса каталитического окисления. Попадая на каталитические блоки 9, нагретые электронагревателями 10 до температуры начала процесса каталитического окисления, органические примеси окисляются до углекислого газа, воды и азота с выделением тепла, которое отводится отходящим газом. После каталитических блоков газ снова попадает в теплообменник-рекуператор 2 и отдает тепло нагреваемым газам. Электронагреватели 10 после выхода на рабочий режим автоматически поддерживают температуру начала процесса каталитического дожига на блоках, регистрируемую термопарами 6 через контроллер 8. В случае потери активности каталитических блоков из-за закоксовывания блоков по специальной программе контроллера блоки могут быть регенерированы нагревом до максимальной рабочей температуры нагревателей. При достаточно больших концентрациях примесей органических веществ в технологических и вентиляционных газах устройство может работать без потребления электроэнергии. В случае вспышки или детонации газовой смеси при высоких концентрациях органических соединений от непредвиденных факторов, регистрируемых по резкому увеличению давления дифференциальным датчиком давления 7, контроллер 8 отключает нагрев устройства и подает сигнал оператору. Это же происходит и в случае увеличения гидравлического сопротивления фильтра 5, улавливающего минеральные и высокомолекулярные аэрозоли, пыль и другие механические примеси, а такения вентилятора и прекращения потока газа через реактор. Контроллер 8 также постоянно фиксирует в течение длительного срока параметры (температуру электронагревателя, газа и перепад давления на устройства) в цифровом виде. Пламепреградители 4 предотвращают распространение фронта пламени из устройства в случае аварийных ситуаций. Потери энергии в реакторе минимизируются снижением температуры проходящих газов, так как рабочая температура поддерживается только на каталитических блоках, на которых протекает реакция, и теплоизоляцией крышки устройства. Применение блочных катализаторов на основе пеноникеля с открытоячеистой структурой обеспечивает интенсивный массо- и теплообмен по всему объему катализатора, увеличивает время контакта газа с рабочей поверхностью и его равномерную газодинамическую и тепловую нагрузку за счет малого гидравлического сопротивления и турбулизации потока газа. Наличие канальной пористости в микроструктуре материала обеспечивает высокую проницаемость, тогда как отсутствие сквозных каналов уменьшает вероятность проскока реагентов при высоких удельных нагрузках. Это позволило резко уменьшить вес и габариты сменной каталитической секции и всего устройства по сравнению с прототипом. Возможность нанесения разного типа каталитических слоев по ходу движения газового потока позволило уменьшить его стоимость, сохраняя высокую эффективность и ресурс работы.

Технико-экономическая эффективность устройства заключается в снижении габаритов и веса конструкции в 10 раз, энергопотребления в 2 раза по сравнению с аналогами и прототипом.

Формула изобретения

Устройство для очистки газов, содержащее корпус в виде спирального рекуператора, концы которого соединены со штуцерами ввода и вывода очищаемых газов, выполненного из полуцилиндрических обечаек одного диаметра, смещенных относительно друг друга на ширину канала и соединенных продольными кромками с полуцилиндрическими обечайками, имеющими диаметр, больший на ширину канала, и с выполненными на обечайках гофрами, с расположенной внутри спирального теплообменника каталитической кассетой, отличающееся тем, что устройство включает дополнительно сменный фильтр, расположенный на входе спирального теплообменника, пламепреградители, расположенные на его входе и выходе, термодатчики, расположенные на каталитическом блоке и выходе теплообменника, дифференциальный датчик давления газов на входе и выходе устройства и выносной контроллер, кроме того, каталитические кассеты выполнены съемными и содержат электронагреватели, поджатые ленточными пружинами к каталитическим элементам, выполненным из открытоячеистого пеноникеля и покрытым каталитическим составом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5