Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов

Авторы патента:

F23D11/10 - с распыливанием с помощью газообразной среды, например водяного пара

B01D53/60 - одновременное удаление оксидов серы и оксидов азота

Владельцы патента RU 2773215:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для очистки дымовых газов от водяных паров и других примесей в заводских трубах, трубах АЭС и ТЭЦ. Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов содержит купол на выходном устье дымовой трубы. Купол имеет окно вверху для выхода очищенного газа, имеет патрубок выпускного отверстия, расположенный на установленном уровне воды и дополнительный патрубок внизу для циркуляции воды в куполе, содержащий также расположенные в нем по направлению движения газов оголовок трубы с нагнетательным вентилятором в своем кожухе и перевернутый стакан с датчиком температуры и пакетом нагнетательных трубок с перфорацией их верхних концов. Купол при запуске устройства заполняется водой до выпускного отверстия, определяющего максимальный уровень воды в куполе. Нагнетательные трубки установлены их верхними концами с перфорацией в газовой зоне перевернутого стакана, а нижними концами трубок в воду ниже ее установленного уровня. Кожух вентилятора соединен с атмосферой дополнительным воздушным патрубком. Патрубок выпускного отверстия воды через дополнительную конденсатную трубу соединен с накопительным баком, на выходе которого находится насос, подключенный через управляемый вентиль к дополнительному патрубку для циркуляции воды в куполе. Изобретение обеспечивает максимальное выделение водяных паров и других примесей из дымовых газов, приносящих значительный вред окружающей среде и населению. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для очистки дымовых газов от водяных паров заводских труб, труб АЭС и ТЭЦ.

Известны устройства аналогичного назначения, например, «Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливание компонентов» автора Ежова В.С. по патенту РФ №2186612, МПК B01D 53/60 [1].

Это устройство содержит зону обработки в газоходе с размещенными в ней теплообменной и абсорбционной секциями, переточную камеру, распределитель жидкости, порог, подъемную трубу эрлифта и поддон с гидрозатвором.

Недостатком данного устройства является его значительная сложность, требующая большой реконструкции для внедрения на действующем предприятии. Кроме того, комплекс оборудования этого устройства размещается до дымососа, т.е. до подачи очищенных дымовых газов в трубы АЭС или ТЭЦ, что потребует остановки производства при его монтаже.

Известен также «Способ утилизации тепла и осушения дымовых газов и устройство для его осуществления» авторов Князькина Г.Ю., Князькиной Т.Г., Волкова Д.Ю., Щеблыкина А.В. по патенту РФ №2561812, МПК F22B 1/18 [2].

Данная установка для утилизации тепла и осушения дымовых газов содержит теплообменники, напорный вентилятор, газоходы, щелевой эжектор, трубопроводы, насос, причем поток дымовых газов после теплообменников разделяется на два потока: большой и малый, причем на малом потоке установлен напорный вентилятор, после прохождения которого малый поток поступает в сопло щелевого эжектора, где потоки смешиваются.

Недостатком данного устройства является также его значительная сложность, требующая большой реконструкции действующего производства, поскольку оно устанавливается путем врезки в существующий газоход до подачи очищенных дымовых газов в трубу АЭС или ТЭЦ.

Известно также устройство для конденсации водяных паров непосредственно в дымоходной трубе, например, «Устройство для очистки дымовых газов» авторов Цветкова П.Н. и Щепалова С.Л. по авторскому свидетельству СССР №245265, МПК F23J, кл. 24g, 6/20 [3].

Устройство содержит установленные в дымоходе по вертикали одна над другой конусообразные вставки с размещенными в них патрубками с соплами, в которые подается по ходу газов холодный воздух и пар между вставками.

Основной недостаток данного устройства в том, что конденсат будет стекать по стенкам трубы, что приводит в течение времени к ее разрушению. Кроме того, для эффективного осаждения водяных паров потребуется большое количество конусообразных вставок, которые сложно разместить в дымовой трубе АЭС или ТЭЦ,

Аналогом предлагаемого изобретения является также «Система для очистки дымовых газов» авторов Селянина И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистова и др. по патенту РФ №2462292, МПК B01D 47/00 [4].

Данная система содержит каскадный модуль конусных колец, форсунки для воды, трубопроводы, насос и отстойник для очистки воды с нейтрализатором.

Работа системы происходит следующим образом. Дымовые газы, поднимающиеся по трубе, проходят через щели между конусами каскада полых конусных колец и попадают в аэрозоль тонко диспергированной воды, создаваемой форсунками. Аэрозоль из дымовых газов с примесями выпадает моросью на поверхность конусных колец, скатывается в кольцевой желоб и по отводящему каналу подается в систему очистки воды.

Недостаток этой системы в том, что используется сама выходная труба, внутри которой размещается протяженный каскадный модуль конусных колец и другое оборудование, требующее вмешательство в существующую конструкцию трубы АЭС или ТЭЦ.

Кроме того, поскольку очистка дымовых газов производится диспергированной до аэрозолей воды, следует ожидать значительных выбросов воды в паровой фазе и в фазе аэрозолей в уходящих дымовых очищенных газах.

Задачей предлагаемого изобретения является создание автономного «Устройства для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов», размещаемого на дымовых заводских трубах или трубах АЭС, ТЭЦ без реконструкции последних и без изменения технологии их использования.

Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является оснащение существующих дымовых и вентиляционных (далее дымовых) труб техническими средствами, которые бы обеспечили максимальное выделение водяных паров из газов, приносящих значительный вред окружающей природе и населению.

Технический результат заключается в следующем:

- устройство выполнено в виде автономного съемного купола, размещаемого на существующих дымовых заводских трубах или трубах АЭС, ТЭЦ;

- использован эффект пропуска дымовых частично охлажденных дымовых газов через нагнетательные трубки, опущенные в воду, до контрольного уровня на дне купола;

- дополнительное охлаждение дымовых газов производится нагнетательным вентилятором от атмосферного воздуха или циркуляцией воды в куполе устройства;

- конденсат водяных паров, содержащий также взвешенные частицы и другие растворенные в дымовых газах вредные примеси, отводится за пределы дымовой трубы или очищается в дополнительном баке.

Технический результат достигается за счет того, что содержит купол, установленный на выходном устье дымовой трубы, с выполненным в нем окном в верху для выхода очищенного газа, внизу - выпускным отверстием, с патрубком для выпуска воды, расположенным на установленном уровне воды в куполе, и дополнительным патрубком внизу для циркуляции воды в куполе, кроме того, купол содержит также расположенные в нем по направлению движения газов оголовок трубы с нагнетательным вентилятором в своем кожухе и дополнительный кожух в форме перевернутого стакана с датчиком температуры и пакетом нагнетательных трубок, причем купол при запуске устройства заполнен водой до выпускного отверстия, определяющего максимальный уровень воды в куполе, нагнетательные трубки установлены их верхними концами с перфорацией в газовой зоне перевернутого стакана, нижними концами трубок в воду ниже ее установленного уровня, кожух вентилятора соединен с атмосферой дополнительным воздушным патрубком, а патрубок выпускного отверстия воды через дополнительную трубу соединен с накопительным баком, на выходе которого установлен насос, подключенный через управляемый вентиль к дополнительному патрубку для циркуляции воды в куполе.

На чертеже показано в разрезе «Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов».

Устройство содержит размещаемый на дымовой трубе 1 купол 2, содержащий оголовок 3 трубы, кожух в форме перевернутого стакана 4, причем купол имеет вверху окно 5 для выхода очищенного газа, к стакану прикреплен пакет нагнетательных трубок 6, опущенных в воду ниже заданного уровня воды в куполе, причем их верхняя часть с перфорацией находится в газовой зоне стакана, а оголовок оснащен нагнетательным вентилятором 7 в своем кожухе, к которому подведен дополнительный воздушный патрубок 8, сообщающийся с атмосферным воздухом. В нижней части купола имеется оснащенное патрубком выпускное отверстие 9 для воды, определяющее «максимальный уровень», после чего происходит слив по конденсатной трубе 10. Для первоначального заполнения купола водой и для его промывки при удалении возможного осадка используется дополнительный патрубок 11 для циркуляции воды в куполе со своим управляющим вентилем 12. Для уменьшения давления на трубу купол может быть оснащен дополнительными опорами (не показано на чертеже), а оголовок входить в состав купола или отдельно закрепляться на дымовой трубе. При использовании предлагаемого устройства на дымовых трубах, имеющих высокие значения температур выходящих газов, дополнительно устанавливается в стакане купола датчик температуры 13, на выходе конденсатной трубы накопительный бак 14 для охлаждения и очистки воды, выход которого через насос 15 и через вентиль подключен к дополнительному патрубку купола.

«Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов» работает следующим образом. До начала работы в нижнюю часть купола 2 закачивается вода до уровня вытекания ее из патрубка выпускного отверстия 9. К патрубку выпускного отверстия 9 присоединяется дополнительная труба 10 для отвода загрязненного конденсата в накопительный бак 14 или за пределы дымовой трубы.

Дымовые газы при работе трубы 1 проходят в оголовок 3. При включенном вентиляторе 7 происходит засос через патрубок 8 атмосферного воздуха, который после выхода его из кожуха вентилятора перемешивается в оголовке 3 с дымовыми газами, охлаждая их. Далее смесь этих газов под давлением поступает в перевернутый стакан 4 и затем через нагнетательные трубки 6 с перфорацией закачивается в жидкость, находящуюся на заданном «уровне воды» в куполе. В жидкости происходит конденсация паров воды и осаждение других вредных примесей из дымовых газов, а очищенные газы перемещаются между стенками стакана 4 и купола 2 и выходят в атмосферу через окно 5. При конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, происходит увеличение объема жидкости в куполе и при превышении заданного «уровня воды» ее излишки через патрубок отверстия 9 сливаются по трубе 10 в бак 14 или за пределы дымовой трубы.

Для улучшения проникновения дымовых газов под слой воды верхние концы трубок 6 стакана выполнены с перфорацией, поэтому суммарная площадь верхнего конца трубок, находящихся под давлением газа, больше площади нижнего конца трубок, находящихся в жидкости.

Температура дымовых газов в трубах для разных котлоагрегатов может находиться в диапазоне 110…250 градусов Цельсия. Применение данного устройства для труб с высокой выходной температурой может потребовать либо предварительного охлаждения дымовых газов до дымохода, либо увеличение размеров купола и введение дополнительных вентиляторов для забора атмосферного охлаждающего воздуха, либо обеспечить циркуляцию воды в куполе устройства. Для этого на основании показаний датчика 13, если температура превышает заданную, очищенную и охлажденную воду из бака 14 через насос 15, открытый вентиль 12 и патрубок 11 подают в купол 2 устройства, при этом горячая вода будет сливаться через патрубок отверстия 9, трубу 10 обратно в бак 14.

Необходимость избавляться от водяных паров поясняется фактом, что каждая тонна пара, выброшенная в атмосферу, эквивалентна по «парниковому эффекту» 360 кг углекислого газа. Например, в 2015 году все АЭС РФ выбросили в атмосферу 730 млн. т водяного пара, что эквивалентно 260 млн. т углекислого газа [5]: [электронный ресурс] www.proatom.ru.

Проблема очистки от дымовых газов изложена также в перечисленных следующих источниках [6, 7, 8, 9, 10].

Агрегатирование всех узлов для выполнения задачи выделения водяных паров из дымовых газов в одном корпусе купола, позволяет обеспечивать автономную работу и установку купола для уже работающих заводских труб, труб АЭС и ТЭЦ без переработки технологии их использования.

Для массового внедрения предложенного устройства целесообразно разработать конструкторскую документацию для нескольких типоразмеров куполов применительно к разным типам дымовых и вентиляционных труб, выбрасывающих в атмосферу значительные объемы водяных паров.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Ежов В.С. Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливание компонентов. Патент РФ №2186612, МПК B01D 53/60.

2. Князькин Г.Ю., Князькина Т.Г., Волков Д.Ю., Щеблыкин А.В. Способ утилизации тепла и осушения дымовых газов и устройство для его осуществления. Патент РФ №2561812, МПК F22B 1/18.

3. Цветков П.Н., Щепалов С.Л. Устройство для очистки дымовых газов. Патент РФ №245265, МПК F23j, кл. 24g 6/20.

4. Селянин И.Ф., Сенкус В.В., Феоктистов А.В. и др. Система для очистки дымовых газов. Патент РФ №2462292, МПК B01D 47/00.

5. Информационное агенство PRoАтом [электронный ресурс] www.proatov.ru

6. Беспалов В.И., Беспалов В.В. Способ глубокой утилизации тепла дымовых газов. Патент РФ №2606296, МПК F24H 8/00, F22B 1/18, F24H 3/06.

7. FR 2162630 A1, 24.08.1973.

8. DE 3526381 A1, 17.04.1986.

9. EP 0432074 A1, 12.06.1991.

10. GB 1583808 A1, 04.02.1981.

1. Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов, характеризующееся тем, что содержит купол, установленный на выходном устье дымовой трубы, с выполненным в нем окном вверху для выхода очищенного газа, внизу – выпускным отверстием, с патрубком для выпуска воды, расположенным на установленном уровне воды в куполе, и дополнительным патрубком внизу для циркуляции воды в куполе, кроме того, купол содержит также расположенные в нем по направлению движения газов оголовок трубы с нагнетательным вентилятором в своем кожухе и дополнительный кожух в форме перевернутого стакана с датчиком температуры и пакетом нагнетательных трубок, причем купол при запуске устройства заполнен водой до выпускного отверстия, определяющего максимальный уровень воды в куполе, нагнетательные трубки установлены их верхними концами с перфорацией в газовой зоне перевернутого стакана, нижними концами трубок в воду ниже ее установленного уровня, кожух вентилятора соединен с атмосферой дополнительным воздушным патрубком, а патрубок выпускного отверстия воды через дополнительную трубу соединен с накопительным баком, на выходе которого установлен насос, подключенный через управляемый вентиль к дополнительному патрубку для циркуляции воды в куполе.

2. Устройство для удаления водяных паров и других примесей из дымовых газов по п.1, характеризующееся тем, что нагнетательные трубки выполнены с перфорацией их верхних концов, находящихся в газовой зоне стакана.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для очистки дымовых и конденсатных выбросов в заводских трубах, трубах АЭС и ТЭЦ. Устройство для очистки дымовых газов от водяных паров характеризуется тем, что на выходное устье дымовой трубы установлен купол, открытый для выхода очищенного газа сверху, и содержит расположенные в нем по направлению движения газов кольцо воздушных форсунок по окружности трубы, датчик температуры газа, желоба для стока дистиллята на двух уровнях со смещением уровней относительно друг друга и под углом к горизонту.

Сопло инжектора текучей среды для реактора с псевдоожиженным слоем // 2693143

Изобретение относится к области энергетики. Реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем содержит стенку реактора круглого сечения вокруг вертикальной оси, нижнее впускное отверстие для подачи ожижающего газа и питающие инжекторы для подачи жидкого тяжелого нефтяного сырья и распыляющего пара вокруг стенки реактора и над нижним впускным отверстием для подачи ожижающего газа, при этом каждый из питающих инжекторов проходит через стенку реактора в реактор с выпускным соплом внутри реактора и впускным отверстием для подачи жидкого тяжелого нефтяного сырья на конце, удаленном от выпускного сопла; причем каждый питающий инжектор содержит проточный трубопровод для подвода нефти и пара в выпускное сопло, имеющее центральный проточный канал круглого сечения, проходящий от проточного трубопровода до выпускного отверстия с радиальными надрезами.

Центробежная форсунка // 2683610

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов и может применяться в химической, пищевой промышленности, а также может быть использовано в системе топливоподачи различных энергетических устройств. Центробежная форсунка состоит из корпуса, шнека, в нижней части корпуса выполнено дроссельное отверстие и первый штуцер подачи топлива, при этом в осевой части шнека выполнено отверстие, внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность шнека образуют цилиндрическую полость, переходящую в нижней части в усеченный конус, в которой установлена спираль, в верхней части корпус форсунки снабжен крышкой с выполненными во внутренней ее части регулировочным механизмом, кольцевой канавкой и радиальными отверстиями, в отверстие крышки и шнека установлен подпружиненный в верхней части винт Архимеда, первый штуцер подачи топлива установлен радиально полости корпуса, а в крышке выполнены радиальные отверстия, соединяющие второй штуцер подачи воздуха или газа через кольцевую канавку и радиальные отверстия в шнеке, расположенные по окружности с его осевым отверстием.

Центробежная форсунка // 2683610

Пневматическая форсунка с коническим завихрителем // 2667216

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов. Форсунка с коническим завихрителем содержит цилиндрический полый корпус с каналом для подвода жидкости, резьбовым участком и пояском со срезами под ключ, в нижней части цилиндрического полого корпуса с каналом для подвода жидкости закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством по крайней мере трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности канала для подвода жидкости, при этом на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена сквозная винтовая нарезка.

Горелка для сжигания сырой нефти // 2615882

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сырой нефти с целью ее утилизации. Горелка для сжигания сырой нефти содержит полую обечайку, внутри которой установлен трубопровод подачи сжатого воздуха, причем в выходной части обечайки установлено профилированное днище, а на торце трубопровода подачи сжатого воздуха закреплено днище, при этом на цилиндрической поверхности обечайки, равномерно по окружности, расположены коллекторы сырой нефти, а на цилиндрической поверхности профилированного днища, равномерно по окружности, расположены коллекторы сжатого воздуха, состоящие из патрубков и пневматических форсунок, соединенных с коллекторами сырой нефти.

Горелочное устройство для сжигания сырой нефти // 2615879

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сырой нефти с целью ее утилизации. Горелочное устройство для сжигания сырой нефти содержит обечайку с профилированным входом и выходом, установленную на раме, дежурную горелку расположенную внутри обечайки, горелку, расположенную на оси обечайки и представляющую собой полую обечайку, внутри которой установлен трубопровод подачи сжатого воздуха, причем в выходной части обечайки установлено профилированное днище, а на торце трубопровода подачи сжатого воздуха закреплено днище, при этом на цилиндрической поверхности обечайки, равномерно по окружности, расположены коллекторы сырой нефти, а на цилиндрической поверхности профилированного днища, равномерно по окружности, расположены коллекторы сжатого воздуха, состоящие из патрубков и пневматических форсунок, соединенных с коллекторами сырой нефти.

Углубленное расположение топливного инжектора // 2604230

Изобретение относится к камере сгорания для газовой турбины. Камера сгорания содержит устройство пусковой горелки, топливный инжектор (102) и блок (103) воспламенителя.

Комбинированная горелка // 2587813

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Комбинированная горелка содержит, как минимум, полый цилиндрический корпус, соединенный с трубопроводом подачи газовых сбросов, трубу, соосно установленную внутри корпуса и соединяющую трубопровод подачи жидкостных сбросов с пневматической форсункой, установленной в выходной части корпуса и состоящей из полого наконечника для подачи жидкостных сбросов, патрубка, выполненного глухим со стороны его выходной части и охватывающего с зазором наконечник, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его выходной части, а на его наружной поверхности выполнены пилоны, взаимодействующие с внутренней поверхностью патрубка и центрирующие наконечник относительно патрубка, причем на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные под углом к оси пневматической форсунки, при этом выходной участок внутренней поверхности патрубка выполнен эквидистантно наружной поверхности наконечника, а на торце патрубка выполнены отверстия, расположенные соосно относительно отверстий, выполненных на торце наконечника, несколько трубок, установленных снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом и соединенных с внутренней полостью корпуса, при этом на концах трубок установлены форсунки.

Комбинированное горелочное устройство // 2585341

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совместного сжигания газовых и жидкостных сбросов. Комбинированное горелочное устройство характеризуется тем, что содержит обечайку с профилированным входом и выходом, установленную на раме, дежурную горелку, расположенную внутри обечайки, горелку, расположенную на оси обечайки и представляющую собой полый цилиндрический корпус, соединенный с трубопроводом подачи газовых сбросов, трубу, соосно установленную внутри корпуса и соединяющую трубопровод подачи жидкостных сбросов с пневматической форсункой, установленной в выходной части корпуса и состоящей из полого наконечника для подачи жидкостных сбросов, патрубка, выполненного глухим со стороны его выходной части и охватывающего с зазором наконечник, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его выходной части, а на его наружной поверхности выполнены пилоны, взаимодействующие с внутренней поверхностью патрубка и центрирующие наконечник относительной патрубка, причем на торце наконечника выполнены отверстия, расположенные под углом к оси пневматической форсунки, при этом выходной участок внутренней поверхности патрубка выполнен эквидистантно наружной поверхности наконечника, а на торце патрубка выполнены отверстия, расположенные соосно относительно отверстий, выполненных на торце наконечника, несколько трубок, установленных снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом и соединенных с внутренней полостью корпуса, при этом на концах трубок установлены форсунки.

Санитарная насадка для дымовой трубы // 2759629

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов печей, сжигающих биологические материалы, от вредных примесей и одорантов. Технический результат достигается тем, что предлагаемая санитарная насадка для дымовой трубы содержит корпус, выполненный из коррозионно-стойкого материала в виде вертикального цилиндрического тороидального патрубка, перфорированного с внутренней и наружной сторон, закрытого с верхнего и нижнего торца верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами, снабженного снизу внутренним вертикальным установочным кольцом, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти, наружный периметр нижнего торцевого кольца снабжен наружным кольцевым наклонным козырьком, полость патрубка разделена вертикальными перегородками, соединенными с верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами, образуя шлаковую и угольную вертикальные секции, причем верхнее горизонтальное кольцо перфорировано на участках, закрывающих шлаковые секции, которые заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков, угольная секция закрыта сверху сплошным участком торцевой горизонтальной секции и заполнена гранулами активированного угля, а сам патрубок вставлен установочным кольцом вовнутрь устья дымовой трубы, а на тороидальный патрубок надет дефлектор, диаметр конической крышки которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка.