Способ утилизации тепла и очистки дымовых газов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к теплотехнике и может применяться для очистки газов тепловых электростанций, отопительных установок, производственных котельных и утилизации тепла этих газов. На отводящем газоходе топки котла монтируют металлический сквозной корпус низкотемпературного подогревателя, соединенный через систему циклонной и фильтровальной очистки, катализатор для очистки от угарного газа и через обогревающие коллекторные трубы большего диаметра с всасывающими патрубками фильтров воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающих необходимую разницу давлений и тягу в дымоходе. Трубы большего диаметра прокладывают в обогреваемой грунтовой среде под теплицами и избирательно термоизолируют, оставляя воздушную полость над трубами, защищенную перфорированными крышками и закрываемыми люками для очистки от пыли. Низкотемпературный подогреватель через основной замкнутый контур трубопроводов связан с высокотемпературным подогревателем, выполненным в виде водяной рубашки системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, и через дополнительный замкнутый контур, параллельный основному, соединен с коллекторным трубопроводом обогрева помещений теплиц. Очистку от вредных химических соединений дымовых газов окончательно производят в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания путем их термического прокаливания. Технический результат: полная очистка дымовых газов, повышение КПД отопительных установок за счет утилизации тепла дымовых газов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к теплотехнике и может применяться для очистки газов тепловых электрических станций, отопительных установок, производственных котельных и утилизации тепла из этих газов.
Известен способ утилизации тепла отходящих технологических газов, включающий подачу отходящих запыленных газов в циклонные пылеотделители, фильтрацию шлама, подачу очищенных газов в теплообменник со слоями теплоносителя, ступенчатый теплообмен с охлаждением очищенных газов с жидким потоком теплоносителя, использование нагретого потока в технологических целях [1].
Известный способ не позволяет утилизировать тепло загрязненных газов дымовых труб значительного сечения, осуществляющих отвод большого газового потока, так как уже на первой ступени теплообмена пенно-барботажные слои теплоносителя не будут справляться с пропуском этого газового потока из-за невозможности поддержания перепада давления (тяги) между дымовой трубой и топкой котла.
Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому является способ утилизации и очистки дымовых газов, включающий интенсивное эжектирование (подсос) дымовых газов и создание разрежения в дымоходе с одновременным поддержанием перепада давления между дымовой трубой и топкой котла, очищение дымовых газов в трубе распыляемой жидкостью в виде дисперсных мелких капель, теплообмен между дымовыми газами и жидким теплоносителем низкотемпературного подогревателя, подачу нагретого жидкого теплоносителя и его охлаждение в высокотемпературном подогревателе, в котором жидкость охлаждают теплоносителем и через трубопровод подают в низкотемпературный подогреватель и далее для технологических целей для повторения цикла работы [2].
Недостатком известного способа является необходимость наличия дымовой трубы, выбросы даже очищенных дымовых газов из которой загрязняет окружающую атмосферу.
Известный способ утилизации тепла дымовых газов не позволяет использовать тепло высоконагретых дымовых газов на входе в трубу, это тепло утрачивается по мере прохождения дымовых газов по вертикальному газоотводящему стволу трубы и только частично используется низкотемпературным подогревателем, таким образом, КПД использования тепла дымовых газов остается низким.
Известно устройство дымовой трубы [3], содержащее газоотводящий ствол с размещенными внутри его металлическим ребристым многосекционным теплообменником и окном выгрузки, отличающийся тем, что теплообменник выполнен секционным в виде соединенных между собой наружного и внутреннего коллекторов, при этом теплообменник связан с турбиной, вращающий электрогенератор.
Недостатком известного устройства является необходимость наличия вертикального ствола трубы для выброса дымовых газов с загрязнением окружающей атмосферы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [2] для утилизации тепла и очистки дымовых газов, содержащее корпус с подводящим и отводящим газоходами, систему вентиляции, низкотемпературный подогреватель воды для технологических целей, высокотемпературный подогреватель с патрубками подвода и отвода жидкого теплоносителя, систему очистки воды и дымовых газов от твердых частиц.
Известное устройство работает при наличии вертикального ствола дымовой трубы, через который дымовой газ после неполной очистки попадает в окружающую атмосферу, загрязняя ее. Использование тепла дымовых газов происходит частично в верхней части корпуса устройства после частичного его охлаждения, а не на входе подводящего газохода.
Технологический результат по предлагаемому способу утилизации тепла и очистки дымовых газов, включающему интенсивный подсос дымовых газов путем создания разрежения в дымоходе с одновременным поддержанием давления тяги дымовых газов от отводящего газохода топки котла, пылеотделение и фильтрацию шлама, теплообмен между дымовыми газами и жидким теплоносителем низкотемпературного подогревателя, подачу жидкого теплоносителя и его охлаждение в высокотемпературном подогревателе, из которого нагретую жидкость теплоносителя через трубопровод подают в низкотемпературный подогреватель для повторения цикла работы, использование нагретого жидкого теплоносителя в технологических целях, достигается тем, что поддержание тяги дымовых газов осуществляет высокотемпературный подогреватель всасывающими патрубками воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания, суммарный объем воздухозабора которых в единицу времени равен или больше расхода дымовых газов из подводящего газохода, для технологических целей используют тепло жидких теплоносителей, полученное низкотемпературным подогревателем от дымовых газов сразу на выходе из подводящего газохода и от водяной рубашки охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также тепло от коллекторных труб большего диаметра, проложенных в обогреваемой среде и соединяющих через систему циклонной и фильтровальной очистки дымовых газов подводящий газоход с воздухозаборником двигателя внутреннего сгорания, и тепло от коллекторного трубопровода системы жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания, образующего с трубопроводом низкотемпературного подогревателя параллельный основному замкнутый контур, окончательную очистку дымовых газов от вредных химических соединений производят в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания путем их термического прокаливания.
Технический результат по предлагаемому устройству для утилизации тепла и очистки дымовых газов, содержащему корпус с подводящим и отводящим газоходами, системы вентиляции и циклонной и фильтровальной очистки дымовых газов от твердых частиц, низкотемпературный подогреватель воды для технологических целей, связанный трубопроводом по замкнутому контуру с высокотемпературным подогревателем с патрубками подвода и отвода жидкого теплоносителя, достигается тем, что низкотемпературный подогреватель установлен на металлическом корпусе отводящего газохода, высокотемпературный подогреватель выполнен в виде водяной рубашки системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, которая соединена с коллекторным трубопроводом обогрева технологических помещений по дополнительному параллельному основному замкнутому контуру, корпус отводящего газохода через систему циклонной и фильтровальной очистки дымовых газов и катализатор угарного газа соединен через обогревающие коллекторные трубы большого диаметра с всасывающими патрубками воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания, при этом трубы большего диаметра избирательно термоизолированы и снабжены люками очистки.
На чертеже представлено предложенное устройство для утилизации тепла и очистки дымовых газов.
Предложенный способ утилизации тепла и очистки дымовых газов реализуется устройством (чертеж), которое содержит корпус 1 с вентилятором 2 в подводящем газоходе 3 и металлический корпус 4 отводящего газохода 5, выполненный за одно целое с низкотемпературным подогревателем 6 воды для технологических целей, связанным по замкнутому контуру трубопроводом 7 с патрубками 8 и 9 подвода и отвода жидкого теплоносителя от высокотемпературного подогревателя 10, выполненного в виде водяной рубашки системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания 11, а также по дополнительному параллельному основному замкнутому контуру - с коллекторным трубопроводом 12 обогрева технологических помещений 13, например жилых помещений домов, теплиц или заводских цехов. При этом корпус 4 отводящего газохода 5 через систему циклонов 14 и фильтров 15 очистки дымовых газов от твердых частиц и катализатор 16 угарных газов через обогревающие коллекторные трубы 17 большого диаметра связан с всасывающими патрубками 18 фильтров 19 воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания. При этом коллекторные трубы 17 большого диаметра проложены в обогреваемой среде, например в грунте 20 теплиц 13, избирательно изолированы теплоизолятором 21 (стекловолокно и др.) от необогреваемой среды, а их неизолированные участки выполнены с воздушной полостью 22, закрытой перфорированными крышками 23, причем по длине трубы 17 большего диаметра снабжаются технологическими люками (не показаны) для их периодической дополнительной очистки.
Устройство для утилизации тепла и очистки дымовых газов (чертеж) по предлагаемому способу работает следующим образом.
Вертикальный ствол воздуховода дымовой трубы разрушают и на отводящем газоходе 5 устанавливают металлический корпус 4 низкотемпературного подогревателя 6 воды предлагаемого устройства. Вентилятором 2 из корпуса 1 топки котла дымовые газы из подводящего газохода 3 гонят в отводящий газоход 5 и через низкотемпературный подогреватель 6 в систему циклонной и фильтрационной очистки. Тепло дымовых газов (t≈145-160°C) отдается через металлический корпус низкотемпературного подогревателя 6 для нагрева воды для технологических целей (отопление помещений и др.). Поступающие из корпуса 4 низкотемпературного подогревателя 6 в циклоны 14 дымовые газы очищают от твердых частиц и далее пропускают через фильтры 15 для окончательной очистки от мелкой пыли в катализатор 16 угарных газов. Очищенный дымовой газ после катализатора 16 направляют в коллекторные трубы 17 большего диаметра (d≈1,0÷1,5 м), проложенные в грунте на глубине (≈0,5 м) под теплицами 13. Тепло дымовых газов от труб 17 через воздушную полость 22 и перфорированные крышки 23 кожуха термоизолятора 21 обогревает грунт 20 теплиц. Дымовые газы с вредными химическим соединениями далее из коллекторных труб 17 большего диаметра отсасывают через патрубки 18 фильтров 19 воздухозаборниками двигателей внутреннего сгорания 11 в камеры сгорания, где они окончательно нейтрализуются после высокотемпературного прокаливания и выбрасываются в атмосферу. При этом суммарный объем всасываемых воздухозаборниками дымовых газов в единицу времени должен быть равен или большим, чем расход дымовых газов из отводящего газохода 5 для создания разницы давления между ними и требуемой тяги, что регулируется количеством используемых двигателей 11 внутреннего сгорания. Тепло двигателей внутреннего сгорания 11 аккумулируется в водяной рубашке 10 их охлаждения жидким теплоносителем высокотемпературного нагревателя и поступает из патрубка 9 в замкнутый контур трубопровода 7 для технологических нужд и по дополнительному параллельному замкнутому контуру в коллекторный трубопровод 12 обогрева тепличных помещений. Остывший жидкий теплоноситель обратно поступает по патрубку 8 подвода в охлаждающую водяную рубашку 10 двигателя 11 внутреннего сгорания. Двигатели 11 внутреннего сгорания оснащают генераторами 24 электрической энергии для освещения технологических помещений и бытовых нужд Трубы 17 большего диаметра периодически чистят от пыли через специальные встроенные люки (не показаны).
Предлагаемый способ и устройство для утилизации тепла и очистки дымовых газов позволят полностью ликвидировать существующие дымовые трубы и вредное воздействие дымовых газов на окружающую среду. Практические исследования свидетельствуют о полной нейтрализации вредных химических соединений в дымовых газах после их прокаливания в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания. Способ отбора тепла от дымовых газов сразу на выходе отводящего газохода и от двигателей внутреннего сгорания для технологических нужд существенно повышает КПД отопительных котлов. Имеется большая коммерческая заинтересованность крупных промышленных предприятий в использовании предлагаемых изобретений.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1314220, кл. F27D 17/00, 1985 (аналог по способу).
2. Авторское свидетельство СССР №1728593, кл. F23J 15/00, 1990 (прототип по способу и устройству).
3. Авторское свидетельство СССР №773391, кл. F23J 11/00, 1979 (аналог по устройству).
1. Способ утилизации тепла и очистки дымовых газов, включающий интенсивный подсос дымовых газов путем создания разряжения в дымоходе с одновременным поддержанием давления тяги дымовых газов от отводящего газохода топки котла, пылеотделение и фильтрацию шлама, теплообмен между дымовыми газами и жидким теплоносителем низкотемпературного подогревателя, подачу жидкого теплоносителя и его охлаждение в высокотемпературном подогревателе, в котором жидкость охлаждают и через трубопровод подают в низкотемпературный нагреватель для повторения цикла работы, использование нагретого жидкого теплоносителя в технологических целях, отличающийся тем, что поддержание давления тяги дымовых газов осуществляет высокотемпературный подогреватель всасывающими патрубками фильтров воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания, суммарный объем воздухозабора которых в единицу времени равен или больше расхода выхода дымовых газов из отводящего газохода топки котла, для технологических целей используют тепло от жидких теплоносителей, полученное низкотемпературным подогревателем от дымовых газов на выходе из отводящего газохода топки котла и от водяной рубашки охлаждения двигателя внутреннего сгорания, а также тепло от коллекторных труб большего диаметра, проложенных в обогреваемой среде и соединяющих через систему циклонной и фильтрационной очистки дымовых газов подводящий газоход с воздухозаборниками двигателей внутреннего сгорания, и тепло от коллекторного трубопровода системы жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания, образующего с трубопроводом низкотемпературного подогревателя параллельный основному замкнутый контур, а окончательную очистку дымовых газов от вредных химических соединений производят в камерах сгорания двигателей внутреннего сгорания путем их прокаливания.
2. Устройство для утилизации тепла и очистки дымовых газов, содержащее корпус с подводящим и отводящим газоходами, системы вентиляции и циклонной и фильтровальной очистки дымовых газов от твердых частиц, низкотемпературный подогреватель воды для технологических целей, связанный трубопроводом по замкнутому контуру с высокотемпературным подогревателем с патрубками подвода и отвода жидкого теплоносителя, отличающееся тем, что низкотемпературный подогреватель установлен на металлическом корпусе отводящего газохода, высокотемпературный подогреватель выполнен в виде водяной рубашки системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, которая соединена с коллекторным трубопроводом обогрева технологических помещений по дополнительному параллельному основному замкнутому контуру, корпус отводящего газохода через систему циклонной и фильтровальной очистки дымовых газов и катализатор угарного газа соединен через обогревающие коллекторные трубы большего диаметра с всасывающими патрубками воздухозаборников двигателей внутреннего сгорания, при этом трубы большего диаметра избирательно термоизолированы и снабжены люками очистки.
