Устройство для улавливания выбросов от дымовых труб и способ улавливания выбросов от дымовых труб

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на предприятиях с различными источниками выбросов в атмосферу, загрязняющих окружающую среду. Технической задачей настоящего изобретения является расширение диапазона использования, повышение тепловой и экологической эффективности (при оптимальных капиталовложениях в модернизацию существующих дымовых труб и других источников выбросов в атмосферу), сведение к минимуму потерь тепла с уходящими дымовыми газами. Устройство для улавливания выбросов от дымовых труб содержит закрытый коническим зонтом корпус с нижней конусообразной камерой для сбора конденсата с соосно закрепленной в корпусе обечайкой воздушного теплообменника, прикрепленного к опорному основанию, смонтированному на оголовке ствола дымовой трубы. Корпус выполнен цилиндрическим с раструбами для забора холодного воздуха и выхлопа очищенных газов, обечайка воздушного теплообменника, снабженная прямоточной трубной решеткой с поперечными поддерживающими перегородками, выполненными с возможностью изменения движения потока всасываемого в межтрубное пространство воздуха, установлена и зафиксирована с минимальным зазором 1-3 мм в овальном отверстии приваренной к указанному корпусу наклонной пластины, край которой у отверстия отбортован вверх с образованием наклонного желоба для стока загрязненного конденсата, удаляемого по линии перелива. Указанное основание выполнено кольцевым с овальными окнами-проемами, расположенными под углом в боковых стенках, и предназначенными для установки изготовленных из наборной листовой магнитной стали наконечников системы наведения внутри указанного основания неравномерно распределенного магнитного поля, включающей, наряду с указанными наконечниками, заполненный ферромагнетиками в форме стержней, стальной сердечник коробчатого профиля с силовой обмоткой постоянного тока. С одной стороны опорного основания выполнена охлаждаемая, сообщенная с полостью и патрубком для сбора и удаления конденсата, магнитная ловушка, напротив которой в стенку опорного основания врезан раструб для отсоса части горячих дымовых газов вместе с пылью из-под нижней трубной доски указанного воздушного теплообменника в систему рециркуляции дымовых газов. Охарактеризован способ улавливания выбросов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на предприятиях с различными источниками выбросов в атмосферу, загрязняющими окружающую среду.

Известны способы очистки газов от пыли, основанные на наложении электрического или акустического полей на пылегазовые потоки (SU №389821, В 01 Д 49/00, 1973 г.). Данные технические решения применимы в пределах помещений котельных и преимущественно в Большой Энергетике.

Известны дымовые трубы с встроенными многофункциональными колоннами, расположенными в нижней части ствола дымовых труб (RU №2162569, F 23 L 17/02, 2001 г.), а также с водяными экономайзерами, установленными в виде оголовка трубы (RU №2159897, F 23 L 17/02, 2000 г.). Данные изобретения, несмотря на высокую эффективность, сложны в изготовлении и ненадежны в эксплуатации по причине применения воды в технологических циклах и опасности замораживания внешних коммуникаций в периоды остановок или обслуживания.

Известны дымовые трубы с насадками в виде сферической крышки, с внутренними конусами и оборудованные наклонными пластинами со сливом конденсата и т.д. (RU 2005959, F 23 J 13/06, 1994 г.). Данные устройства также требуют дополнительных циркуляционных водных систем и значительных затрат на реконструкцию дымовых труб.

Известны дымовые трубы (А.св. SU №1075058 А, F 23 J 11/00, 1984 г.) с насадками, в нижней части которых имеются камеры многократного намагничивания газового потока с размещенными в их стенках полюсами электромагнитов... и т.д. Данные устройства уменьшают рассеивание дымовых газов, снижают высоту дымовой трубы, позволяют автоматизировать процессы управления газовыми потоками, но могут применяться только при новом строительстве или водной замене дымовых труб.

Наиболее близким по совокупности определяющих признаков к заявляемому изобретению является конструкция оголовка дымовой трубы, корпус которой выполнен в виде зонта (SU №1784082, F 23 L 17/02, 1992). Недостатком данного устройства является низкая тепловая и экологическая эффективность, а также трудоемкость высотных работ по замене фильтровальных элементов(кассет).

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение тепловой и экологической эффективности, расширение диапазона использования, возможность модернизации существующих дымовых труб.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для улавливания выбросов от дымовых труб, содержащем закрытый коническим зонтом корпус с нижней конусообразной камерой для сбора конденсата, с соосно закрепленной в корпусе обечайкой воздушного теплообменника, прикрепленного к опорному основанию, смонтированному на оголовке ствола дымовой трубы, корпус выполнен цилиндрическим с раструбами для забора холодного воздуха и выхлопа очищенных газов, обечайка воздушного теплообменника, снабженная прямоточной трубной решеткой с поперечными поддерживающими перегородками, выполненными с возможностью изменения движения потока всасываемого в межтрубное пространство воздуха, установлена и зафиксирована с минимальным зазором 1-3 мм в овальном отверстии приваренной к указанному корпусу наклонной пластины, край которой у отверстия отбортован вверх с образованием наклонного желоба для стока загрязненного конденсата, удаляемого по линии перелива, указанное основание выполнено кольцевым с овальными окнами-проемами, расположенными под углом в боковых стенках, предназначенными для установки изготовленных из наборной листовой магнитной стали наконечников системы наведения внутри указанного основания неравномерно распределенного магнитного поля, включающей, наряду с указанными наконечниками, заполненный ферромагнетиками в форме стержней, стальной сердечник коробчатого профиля с силовой обмоткой постоянного тока, с одной стороны опорного основания выполнена охлаждаемая, сообщенная с полостью и патрубком для сбора и удаления конденсата, магнитная многокарманная ловушка, напротив которой в стенку опорного основания врезан раструб для отсоса части дымовых газов вместе с пылью из-под нижней трубной доски указанного воздушного теплообменника в систему рециркуляции дымовых газов.

Устройство дополнительно снабжено рециркуляционным дымососом, системой комплексной доочистки рециркулируемых дымовых газов, системой электроснабжения, системой разрежения в полостях корпуса, системой улавливания химически активных выбросов, их конденсации и системой регулирования стоков с дренажными коммуникациями.

В устройстве дренажные коммуникации, воздуховоды и часть трубопроводов системы рециркуляции дымовых газов смонтированы внутри или снаружи ствола дымовой трубы.

Технический результат достигается тем, что в способе улавливания выбросов от дымовых труб по любому из вышеназванных устройств, характеризующемся тем, что поток газов, транспортируемых через нижнюю часть ствола дымовой трубы, впрыскивают или непрерывно вводят химические присадки, усиливающие процессы диссоциации и коагуляции частиц, отделяют из активизированной таким образом газовой среды, при прохождении ее через наведенное неравномерно распределенное магнитное поле, часть, оседающую в виде тумана на стенках магнитной ловушки, и часть газовой среды отбирают в виде пыли совместно с сопутствующими дымовыми газами в систему рециркуляции и комплексной доочистки, после которой очищенные газы и их смеси с воздухом направляют на производственное потребление или снова в нижнюю часть ствола дымовой трубы; при этом большая часть частично очищенных дымовых газов через кольцевое опорное основание направляется в трубную решетку воздушного теплообменника, после глубокого охлаждения в которой и удаления влаги и загрязненного конденсата выводится наружу, а получаемый в теплообменнике (горячий) воздух направляют для бытового или производственного потребления.

На Фиг.1 представлена технологическая схема работы УСТРОЙСТВА по предлагаемому способу улавливания выбросов от дымовых труб.

На Фиг.2 дан продольный разрез УСТРОЙСТВА, закрепленного на оголовке дымовой трубы.

На Фиг.3 дается поперечный разрез УСТРОЙСТВА, план.

Предлагаемый способ улавливания выбросов от дымовых труб осуществляют следующим образом (см. Фиг.1).

На оголовок ствола трубы 1 устанавливается собранное и подготовленное к заданным режимам эксплуатации УСТРОЙСТВО 2, являющееся основным элементом технологической схемы. Подача исходных дымовых газов от теплогенерирующих агрегатов производится через амбразуру 3 в нижней части ствола трубы 1. C противоположной стороны ствола через аналогичную, дополнительную и несколько смещенную амбразуру 4 в зону смешения 5 газовых истоков в нижней части трубы 1 поступают газы, частично уже очищенные от пыли в инерционных уловителях 6. Отбираются данные газообразные продукты с помощью рециркуляционного дымососа 7 по вертикальному трубопроводу 8 от раструба 9, который выполнен в опорном основании 10 устройства 2.

К напорному горизонтальному газоходу 11 от дымососа 7 присоединена система ввода химических присадок и реагентов с сопловыми впрысками от емкости 12, предназначенной для периодического приготовления растворов. К фланцевому соединению 13 присоединен вертикальный воздуховод 14 для "отсоса" и транспортировки нагретого в УСТРОЙСТВЕ 2 воздуха. Этот воздух отбирается эксгаустер-нагнетателем 15 и подается на производственные или иные цели. Все вышеназванные элементы технологической схемы и агрегаты предназначены для обеспечения высокоэффективного режима работы УСТРОЙСТВА 2 и являются вспомогательным оборудованием в предлагаемой технологической схеме по данному способу улавливания выбросов от дымовых труб.

В целом, устройство 2 представляет собой электросварную конструкцию (см. Фиг.2), выполненную в виде стальной цилиндрической обечайки 16 с приваренной к ней нижней конусообразной камерой 17. Нижняя кромка "образующей" камеры 17 приваривается электросваркой к установочному цилиндру (обечайке) 18, размеры которого определяются конфигурацией и размерами оголовка трубы 1. Сверху, в пространство между обечайкой корпуса устройства 16 и установочным цилиндром 18 вварен кольцеобразный диск, на который установлен коробчатый сердечник 19 с силовой обмоткой 20 системы наведения магнитного поля 21, включающей в качестве полюсов электромагнитов в свою конструкцию электродные наконечники 22, изготовленные из жаростойких, например наборных, листовых, "динамных" сталей. Для магнитопроводности (см. Фиг.3) коробчатый профиль сердечника 19 изнутри заполнен во всему сечению стержнями 23 из ферромагнитных материалов.

Установочный цилиндр 18 крепится на опорном основании 10 устройства 2 с помощью болтовых "потайных" соединений или иным надежным способом. Данное опорное основание 10 с овальными окнами-проемами для установки в них наконечников 22 изготовлено из немагнитных конструкционных материалов, таких как жаростойкие бетоны, термостойкие пластмассы, чугунные легированные заготовки, прочие материалы с достаточной прочностью. Окна-проемы в опорном основании 10 выполнены под некоторым углом α=60-75° к условно-рабочей оси Х-Х (см. Фиг.3). В результате данного технического решения получается неравномерность в распределении магнитного поля и его напряженности по сечению А-А основания 10, с возрастанием напряженности в направлении, противоположном раструбу 9. В данном месте (см. Фиг.2) опорного основания 10 закреплено несколько отштампованных карманов 24 из листовой, магнитопроводной стали, выполняющих роль магнитной ловушки и конденсатосборника. Внутренние полости этих карманов соединены переливным отверстием 25 с конусообразной камерой 17, из которой выходит общая дренажная линия для сброса конденсата дымовых газов.

На верхнем торце основания 10, в соответствующем кольцевом пазу этого торца, внутри корпуса устройства 2 и соосно ему, размещена обечайка воздушного теплообменника 26 с трубной решеткой 27, набираемой из тонкостенных тепло-химическистойких труб, которые крепятся вальцовкой или иным способом в верхней и нижней трубных досках. Внутри обечайки 26 имеются две или несколько поперечных, поддерживающих сегментных перегородок 28, выполняющих также роль преграды для изменения движения воздушных потоков в межтрубном пространстве теплообменника. Воздух засасывается из околотрубного пространства через конфузорно-диффузорный раструб 29. Выход нагретого воздуха осуществляется через раструб 30 с фланцевым соединением 13, к которому и подсоединены воздуховоды 14 эксгаустер-нагнетателя 15.

Обечайка теплообменника 26 по вертикали установлена и зафиксирована в овальном отверстии наклонной пластины 31 с минимальн. зазором (1-3 мм), края которой отбортованы вверх таким образом, что образуют желоб для стоков загрязненного конденсата, выпадающего из дымовых газов при их охлаждении до "точки росы". Внутри корпуса устройства наклонная пластина 31 приваривается электросваркой к обечайке 16 и является дополнительно в конструкции, при этом еще внутренним ребром жесткости для всего УСТРОЙСТВА 2. Слив конденсата из нижней части полости наклонной пластины 31 осуществляется через штуцер 32 с гидрозатвором по линии перелива 33 в камеру 17. Верхняя часть обечайки теплообменника 26 выполнена в виде раструба 34 с окнами 35 для лучшего отвода аэрозольного тумана в верхней части устройства.

Для создания некоторого разрежения в пространстве 36 этой части корпуса устройства в наклонной пластине 31 имеется перепускной калиброванный штуцер 37, а раструб 9 дополнительно оборудован патрубком 38 с поворотной заслонкой. В условиях эксплуатации положение этой заслонки может регулироваться и задаваться типовым исполнительным механизмом с электроприводом. Электроснабжение данного привода и электросхемы с пускозащитной аппаратурой для системы наведения магнитного поля 21 располагаются вне корпуса устройства и подключаются с помощью кабельных коммуникаций и вводов в устройстве.

Сверху устройство закрыто коническим зонтом 39, выполненным из пластичных, коррозийно-стойких материалов. По наружной образующей конуса зонта 39 выштампованы или выдавлены пазы 40 в виде радиальных желобов, по аналогии с кровельной черепицей. Выброс дымовых газов после улавливания аэрозольных частиц и конденсации туманов в пространстве 36 происходит через данные пазы 40 и регулируемый торцевой вертикальный зазор между зонтом и корпусом устройства. Для установки и монтажа всего собранного для работы устройства 2 на оголовок ствола трубы 1 предусмотрены рым-скобы 41. Закрепление на оголовке производится, например, с помощью стяжных бандажей, накладываемых на "хвостовики" установочного цилиндра 18. К данным бандажам могут крепиться хомуты и растяжки воздуховодов и других коммуникаций.

УСТРОЙСТВО работает следующим образом.

В зоне 5 ствола дымовой трубы 1 происходят завихрение и перемешивание исходных дымовых газов с газовыми потоками, подаваемыми рециркуляционным дымососом 7 через амбразуру 4. От емкости 12 в эти рециркуляционные потоки газов через систему соплового впрыска в капельно-струйном режиме подачи вводятся химические присадки, коагулянты или катализаторы, усиливающие процессы диссоциации к коагуляции частиц. Подбор этих реагентов определятся химическим составом исходных дымовых газов, фракционностью взвешенных и улавливаемых частиц, влажностью, температурой и другими параметрами. Например, при значительном содержании угарного газа (СО) впрыскиваются пенные, 2%-ные растворы соды или 5%-ные растворы гуманата натрия и гумановых кислот, или (при диспертности прочих примесей 5-100 мкм) водные растворы двуокиси кремния и растворы карбамида. При повышенном содержании окислов азота (NO_x) вводятся водные 2-3%-ные растворы карбоната и нитрата калия или водные растворы аммиака. При повышенном содержании летучей золы, сажи, окислов серы могут применяться смеси из растворов окиси алюминия, железного купороса, йодистого калия и т.д.

Выбранные химические реагенты, перемешанные в газоходе 11, попадая в зону 5, вызывают активную диссоциацию, коагуляцию и укрупнение всех взвешанных, ионизированных и пылевидных частиц в исходных дымовых газах. Процессы перемешивания, коагуляции и диссоциации продолжаются при продвижении дымовых газов вверх по стволу дымовой трубы 1. В зоне неравномерно наведенного магнитного поля сечения А-А опорного основания 10 (см.Фиг.2, 3) пары воды, радикалы кислотных остатков в вида аэрозолей будут отклонятся влево по законам электродинамики под действием силы Лоренца, поскольку в результате предыдущей коагуляции приобретают отрицательный заряд (NO_x ^-, CO^-, SO₂ ^-, PO₃ ^-). Оседая на стенках карманов намагниченной силовым полем ловушки 24 в виде тумана, эти укрупненные частицы будут превращаться и выпадать в конденсаты, имеющие кислотную реакцию, и собираться во внутреннем кармане ловушки 24, который соединен переливным отверстием 25 с камерой 17. Из этой камеры данный загрязненный конденсат удаляется по дренажной системе и после обработки, например, гашеной известью сливается в канализацию.

В противоположную левую часть сечения А-А (см. Фиг.3) перемещаются укрупненные частицы, состоящие из сажи, карбидной и металлической пыли, минеральных диспертных фракций, золы и других частиц, способных в результате коагуляции и укрупнения к положительной поверхностной поляризации. Эти укрупненные частицы, потеряв скорость вертикательного перемещения вверх, отклоняясь влево, будут засасываться в раструб 9 с потоком рециркуляционных дымовых газов. Отбор таких газовых продуктов задается 10-25% от общего расхода газов в А-А сечении, концентрация вредных примесей в них возрастает в 4-10 раз и более. Поэтому из рециркуляционных газов данные укрупненные частицы легко могут улавливаться (˜ на 90%) в типовых инерционных уловителях 6 (Фиг.1). Частично очищенные до приемлимых концентраций твердых примесей, эти газы и поступают в газоход 11 для распыливания химических реагентов от емкости 12. Подача химических присадок может корректироваться в зависимости от химического состава данных газов и степени их очистки от примесей.

Частично очищенные от укрупненных частиц в сечении А-А основания 10 дымовые газы в уменьшенных ориентировочно на 20% расходах, ускоряясь через колокольчики-раструбы трубной решетки 27 при движении вверх, охлаждаются воздухом в теплообменнике 26 до низких температур (35-60°С). Воздух для охлаждения трубной решетки засасывается из верхних слоев атмосферы через конфузорно-диффузорный раструб 29 при температуре от -40°С до +30°С, что достаточно для эффективного охлаждения решетки 27 в любое время года и суток. При снижении температуры перемещаемых вверх дымовых газов уменьшаются их объемы и изменяется скорость движения в трубах решетки. Поэтому происходят дальнейшие процессы перемешивания, коагуляции и укрупнения диссоциированных и намагниченных частиц, которые при этом существенно теряют свою скорость и энергию. В результате при выходе этих частиц через растуб теплообменника 34 и окна 35, выполненные в верхней правой части раструба 34, практически все укрупненные частицы вместе с оставшейся в газах влагой будут оседать вниз в виде тумана на наклонную пластину 31. Собираемый конденсат данного тумана с температурой 35-55°С и, значит, с более низкой, чем первичный конденсат в карманах магнитной ловушки 24 будет сливаться в камеру 17 и охлаждать стенки этой камеры и конденсат из переливной линии 25. Очищенные (от выбросов и коагулированных частиц) дымовые газы удаляются через пазы 40 конического зонта и торцевой зазор устройства в атмосферу. Остаточный туман будет оседать под конусом зонта 39 и, стекая вниз по ручьям пазов 40, в виде капель также упадет вниз на наклонную пластину 31.

В результате, с помощью данного устройства возможно в несколько раз снизить экологические и тепловые выбросы от дымовых труб и практически полностью исключить выбросы водяных канцерогенных паров и кислотных туманов из продуктов сгорания органического топлива.

Сухие, очищенные от твердых частиц, дымовые газы из системы рециркуляции по газоходу 11 могут не в полном объеме снова возвращаться через амбразуру 4. При достаточной степени улавливания вредных примесей значительная часть данных газов, например состоящая из смеси азота и небольшого количества углекислого газа, может направляться в сушильные циклы и использоваться в качестве теплоносителя в смеси с воздухом, поскольку имеет довольно высокую (90-130°С) температуру и теплосодержание. В данном случае ввод химических присадок производят непосредственно в амбразуре 4, и все процессы автоматизируют.

Поскольку данный способ улавливания выбросов в атмосферу проводят при достаточно высоких температурах и с использованием омагничивания газового потока, он может быть характеризован как термомагнитный и применяться для любых пыле-парогазовых источников.

1. Устройство для улавливания выбросов от дымовых труб, содержащее закрытый коническим зонтом корпус с нижней конусообразной камерой для сбора конденсата, с соосно закрепленной в корпусе обечайкой воздушного теплообменника, прикрепленного к опорному основанию, смонтированному на оголовке ствола дымовой трубы, отличающееся тем, что корпус выполнен цилиндрическим с раструбами для забора холодного воздуха и выхлопа очищенных газов, обечайка воздушного теплообменника, снабженная прямоточной трубной решеткой с поперечными поддерживающими перегородками, выполненными с возможностью изменения движения потока всасываемого в межтрубное пространство воздуха, установлена и зафиксирована с минимальным зазором 1-3 мм в овальном отверстии приваренной к указанному корпусу наклонной пластины, край которой у отверстия отбортован вверх с образованием наклонного желоба для стока загрязненного конденсата, удаляемого по линии перелива, указанное основание выполнено кольцевым с овальными окнами-проемами, расположенными под углом в боковых стенках и предназначенными для установки изготовленных из наборной листовой магнитной стали наконечников системы наведения внутри указанного основания неравномерно распределенного магнитного поля, включающей наряду с указанными наконечниками заполненный ферромагнетиками в форме стержней стальной сердечник коробчатого профиля с силовой обмоткой постоянного тока, с одной стороны опорного основания выполнена охлаждаемая, сообщенная с полостью и патрубком для сбора и удаления конденсата магнитная ловушка, напротив которой в стенку опорного основания врезан раструб для отсоса части горячих дымовых газов вместе с пылью из-под нижней трубной доски указанного воздушного теплообменника в систему рециркуляции дымовых газов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено рециркуляционным дымососом, системой комплексной доочистки рециркулируемых дымовых газов, системой электроснабжения, системой создания разрежения в полостях корпуса, системой улавливания химически активных выбросов, их конденсации и системой регулирования стоков с дренажными коммуникациями.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дренажные коммуникации, воздуховоды и часть трубопроводов системы рециркуляции дымовых газов смонтированы внутри или снаружи ствола дымовой трубы.

4. Способ улавливания выбросов от дымовых труб в устройстве по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что в поток газов, транспортируемых через нижнюю часть ствола дымовой трубы, впрыскивают или непрерывно вводят химические присадки, усиливающие процессы диссоциации и коагуляции частиц, отделяют из активизированной таким образом газовой среды при прохождении через наведенное внутри кольцевого опорного основания неравномерно распределенное магнитное поле, часть, оседающую в виде тумана на стенках магнитной ловушки, и часть газовой среды отбирают в виде пыли вместе с сопутствующими дымовыми газами в систему рециркуляции и комплексной доочистки, после которой очищенные газы и их смеси с воздухом направляют на производственное потребление или снова в нижнюю часть ствола дымовой трубы, при этом большая часть частично очищенных выбросов дымовых газов направляют в трубную решетку воздушного теплообменника, после глубокого охлаждения в которой и удаления остаточной влаги выводят в атмосферу, а получаемый в теплобменнике горячий воздух направляют для бытового и производственного потребления.