Установка полной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, в частности к установкам для снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, преимущественно на судах. Установка полной утилизации отработавших газов (ОГ) судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) 1 содержит систему магистральных трубопроводов 2, устройство 3 для улавливания сажи из ОГ, систему 4 охлаждения ОГ, систему 5 сжатия охлажденных ОГ, сообщенную с последней систему 6 накопления сжатых ОГ, съемный шланг 7 высокого давления. Съемный шланг 7 высокого давления снабжен необходимыми средствами, обеспечивающими возможность подсоединения к системе 6 накопления сжатых ОГ для последующей передачи ОГ на берег. Система сжатия 5 охлажденных ОГ выполнена в виде компрессоров высокого давления с возможностью охлаждения сжимаемых ОГ. Система 6 накопления сжатых ОГ выполнена в виде цистерн, баллонов, установленных стационарно в трюмах и/или на палубе либо мобильных с возможностью перемещения в процессе передачи их на берег. Система 4 охлаждения ОГ выполнена в виде судового утилизационного котла. Устройство 3 для улавливания сажи из ОГ выполнено в виде циклона или сепаратора и сообщено с ДВС 1. В процессе работы ДВС 1 образующиеся ОГ попадают в устройство 3, где очищаются от сажи. Из устройства 3 по трубопроводу 2 ОГ попадают в систему 4 охлаждения ОГ. Там ОГ отдают свое тепло, которое используется для выработки пара, расходуемого на судовые нужды и выработку дополнительной электроэнергии. Затем охлажденные ОГ по магистральному трубопроводу 2 поступают в систему 5 сжатия, где ОГ сжимаются, при этом также охлаждаются во встроенных теплообменниках. Затем сжатые ОГ поступают по трубопроводу 2 в систему 6 накопления ОГ, это баллоны или цистерны, установленные в трюмах. При необходимости баллоны и цистерны устанавливают и на свободных местах палубы судна. При подходе судна к берегу подсоединяют съемный шланг 7 к стационарным цистернам и/или баллонам системы 6е накопления для транспортировки сжатых ОГ на берег для утилизации. В результате применения заявляемой установки обеспечивается экологическая безопасность эксплуатации судна за счет полного отсутствия выбросов всех отработавших газов.
1 н.п., 5 з.п. ф-лы, илл.
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, в частности к установкам для снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, преимущественно на судах.
Вопросы обеспечения охраны окружающей природной среды в последние два десятилетия выдвинулись в число важнейших, которые необходимо решить человечеству.
Особое внимание мировой общественности уделяется проблеме предотвращения загрязнения атмосферного воздуха. Охрана его от вредного воздействия различных факторов регламентируется Конституцией Российской Федерации (РФ) и Федеральным законом «Об охране атмосферного воздуха» от 4 мая 1999 г. 
96-ФЗ.
Основную роль в загрязнении воздушного бассейна транспортным флотом играют выбросы вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) главных и вспомогательных двигателей, в качестве которых в подавляющем большинстве используются дизели.
Экологические характеристики дизельных двигателей определяются главным образом содержанием в продуктах сгорания оксидов азота NOх, которые по индексу токсичности значительно превосходят другие вредные компоненты ОГ.
Выбросы оксидов азота с ОГ судовых дизелей в нашей стране регламентируются ГОСТ Р 51249-99 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения», отвечающим в части касающейся выбросов оксидов азота требованиям Правила 13 Приложения VI к Международной конвенции MARPOL 73/78 «Предотвращение загрязнения воздушного бассейна с судов».
Предусмотрено дальнейшее ужесточение действующих норм выбросов оксидов азота. При этом IMO планирует включить Балтийское море в зону контроля эмиссии оксидов азота NECA. Это потребует принятия незамедлительных мер по обеспечению новых требований, особенно это положение касается старых судов, которые еще не отслужили свой срок, но уже не соответствуют жестким нормативам по охране окружающей среды. А для российских судовладельцев этот вопрос чрезвычайно актуален, поскольку в большинстве своем в составе их флота в основном старые суда.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение действующего природоохранного законодательства в отношении выбросов оксидов азота NOx, а также других вредных веществ, с отработавшими газами судовых дизелей, что позволит использовать старые, но еще не отслужившие свой срок транспортные суда на перевозках в Европейском регионе, в Балтийском море.
Известно устройство для снижения токсичности отработавших газов, содержащее энергетическую установку, имеющую выпускной патрубок и впускной коллектор, отстойник с насосом на выходном патрубке, коллектор подвода нейтрализующей жидкости в контактный циклонно-пенный аппарат, регуляторы расхода жидкости, температуры и рециркуляции очищенных газов и встроенный теплообменникам, патент РФ 2027870 на изобретение «Способ снижения токсичности отработавших газов энергетической установки и устройство для его осуществления». МПК F01N 3/04, F02M 25/06. Заявлено 10.09.1990, опубликовано 27.01.1995. Заявитель - Ленинградское высшее военное инженерное строительное училище им. Генерала армии А.Н.Комаровского, патентообладатель - автор).
Известное устройство, соответственно и способ достаточно сложны в технологическом исполнении и обеспечивают лишь снижение токсичности отработавших газов. Это не предотвращает загрязнение атмосферного воздуха при их выбрасывании в атмосферу.
Известно устройство для комплексного повышения экологической безопасности и улучшения экономических показателей энергетической установки, содержащее циклонно-пенный аппарат для мокрой очистки отработавших газов, утилизационное устройство тепла последних, каталитический фильтр преобразователь топлива (см. патент РФ 2262615 на изобретение «Способ комплексного повышения экологической безопасности и улучшения экономических показателей энергетических установок». МПК F01N 3/04, F02M 25/06. Заявлено 11.02.2003, опубликовано 20.10.2005. Патентообладатель - ГОУВПО Волжская государственная академия водного транспорта).
Известное устройство достаточно сложно в технологическом исполнении и обеспечивает лишь снижение токсичности отработавших газов (ОГ). Это не предотвращает загрязнение атмосферного воздуха при их выбрасывании в атмосферу.
Анализ отобранной в процессе поиска информации в данной области позволил выявить наиболее близкое техническое решение установки комплексной обработки отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания, содержащей шибер, охлаждающий теплообменник, фильтр забортной воды, озонаторпый агрегат, подающий озон в циклонно-пенный аппарат, в котором осуществляется контакт отработавших газов со вспененной озонированной водой для образования искусственной газовой смеси, очищенной и насыщенной кислородом, предназначенной для перепуска во впускной коллектор двигателя (см. патент РФ 116903 на полезную модель «Установка комплексной обработки отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания». МПК F01N 3/00. Заявлено 13.04.2010, опубликовано 10.06.2012. Заявитель - ФГОУ ВПО Волжская государственная академия водного транспорта. Прототип).
Известная установка достаточно сложна в технологическом исполнении и обеспечивает лишь снижение токсичности ОГ. Это не предотвращает загрязнение атмосферного воздуха вредными токсичными веществами, содержащимися в ОГ, при их выбрасывании в атмосферу.
Таким образом, известные устройства, установки, используемые для комплексной обработки, очистки, снижения токсичности ОГ судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на судах характеризуются недостаточной эффективностью снижения токсичности отработавших газов ДВС, что является причиной загрязнения воздушного пространства даже после обработки и очистки ОГ. Это является важным препятствием на пути использования российских судов в Европе, Балтийском море, в свете последнего ужесточения норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами судовых ДВС.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение установки комплексной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания позволяет достичь нового технического результата - обеспечение экологической безопасности эксплуатации судна за счет полного отсутствия выбросов всех отработавших газов путем их сбора и накопления в емкостях на судне с последующей передачей на береговое предприятие, утилизирующее отработавшие газы, путем обеспечения простоты и надежности в технологическом исполнении установки, обеспечения значительной экономии топлива на утилизации отработавших газов.
Следующая совокупность существенных признаков характеризует сущность предлагаемой в качестве полезной модели технического решения и способствует достижению нового технического результата.
Установка полной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания, содержащая устройство для улавливания сажи из отработавших газов, систему охлаждения отработавших газов, систему магистральных трубопроводов, отличающаяся тем, что она снабжена системой сжатия всех отработавших и охлажденных газов и сообщенной с последней системой накопления сжатых отработавших газов.
Для достижения результата установка снабжена съемным шлангом высокого давления, выполненным с возможностью подсоединения к системе накопления сжатых отработавших газов для последующей передачи сжатых газов на берег.
Достижению результата способствует то, что система накопления сжатых отработавших газов выполнена в виде цистерн, баллонов, установленных стационарно в трюмах и/или на палубе, либо мобильными с возможностью перемещения в процессе передачи их на берег.
Технический результат достигается и тем, что система сжатия охлажденных отработавших газов выполнена в виде компрессоров высокого давления с возможностью охлаждения сжимаемых газов.
Результат достигается тем, что система охлаждения отработавших газов выполнена в виде утилизационного котла.
Для достижения результата устройство для улавливания сажи из отработавших газов выполнено в виде циклона или сепаратора и сообщено сообщенное с двигателем внутреннего сгорания.
Итак, анализ выявленной информации о существующем уровне техники в области судового энергетического машиностроения и сущность предложенной полезной модели показали, что предлагаемое в качестве полезной модели техническое решение установки полной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Выполнение установки с устройством для улавливания сажи из отработавших газов, выполненным в виде циклона или сепаратора и сообщенным с двигателем внутреннего сгорания, обеспечивает удаление последней перед следующей стадией обработки отработанных газов.
Снабжение установки системой сжатия всех отработавших и охлажденных газов и сообщенной с последней системой накопления сжатых отработавших газов обеспечивает сжатие всех отработавших газов, очищенных от сажи, и последующий сбор сжатых отработанных газов в системе накопления. Это обеспечивает полное отсутствие выбросов в атмосферу отработавших газов, способствуя полной экологической безопасности эксплуатации судна.
Снабжение установки съемным шлангом высокого давления, выполненным с возможностью подсоединения к системе накопления сжатых отработавших газов для последующей передачи сжатых газов на берег, позволяет достаточно технологически просто и надежно осуществить транспортировку собранных на судне отработавших газов.
Выполнение системы накопления сжатых отработавших газов в виде цистерн, баллонов, установленных стационарно в трюмах и/или на палубе, либо мобильными с возможностью перемещения в процессе передачи их на берег, обеспечивает как передачу сжатых газов от системы накопления посредством подсоединенного к последней гибкого шланга, так и путем транспортировки ОГ на берег в цистернах и баллонах.
Выполнение системы охлаждения отработавших газов в виде утилизационного котла обеспечивает значительную экономию топлива за счет выработки пара низкого давления, используемого на судовые нужды (подогрев воды, топлива, масла, бытовые нужды), пара высокого давления, используемого в утилизационных паровых турбогенераторах для выработки электроэнергии. Это же позволяет использовать сэкономленное топливо на работу системы сжатия ОГ, выполненную в виде компрессоров высокого давления.
В результате сбора всех отработавших газов с последующим их сжатием и передачей на береговое предприятие для их утилизации на берегу, позволяет полностью исключить выбросы ОГ в атмосферу, обеспечивая полную экологическую безопасность эксплуатации судна.
Кроме того, установка обеспечивает простоту и надежность в технологическом исполнении утилизации ОГ, поскольку исключено сложное дорогостоящее оборудование для очистки ОГ на судне.
Благодаря этому, обеспечивается существенная экономия денежных средств за счет исключения необходимости в закупке и установке на судне дорогостоящего оборудования для очистки отработавших газов.
В виду содержания значительного количества оксидов азота, серы в ОГ, они представляют значительный интерес для химических предприятий, что позволит выручить определенные денежные средства за ОГ.
Итак, в результате использования предлагаемой полезной модели достигается обеспечение экологической безопасности эксплуатации судна за счет полного отсутствия выбросов всех отработавших газов путем их сбора и накопления в емкостях на судне с последующей передачей на береговое предприятие, утилизирующее отработатавшие газы, путем обеспечения простоты и надежности в технологическом исполнении установки, обеспечения значительной экономии топлива на утилизации отработавших газов.
Таким образом, предлагаемая совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Предлагаемая полезная модель поясняется с помощью чертежей, где:
на фиг.1 изображена блок-схема установки полной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания.
Установка комплексной утилизации отработавших газов (ОГ) судовых двигателей 1 внутреннего сгорания (ДВС) содержит систему магистральных трубопроводов 2, устройство 3 для улавливания сажи из ОГ, систему 4 охлаждения ОГ, систему 5 сжатия охлажденных ОГ, сообщенную с последней систему 6 накопления сжатых ОГ, съемный шланг 7 высокого давления.
Съемный шланг 7 высокого давления снабжен необходимыми средствами, обеспечивающими возможность подсоединения к системе 6 накопления сжатых ОГ для последующей передачи ОГ на берег.
Система 5 сжатия охлажденных ОГ выполнена в виде судовых компрессоров высокого давления с возможностью охлаждения сжимаемых ОГ, например, с помощью встроенных теплообменников (на черт. не показаны).
Система 6 накопления сжатых ОГ выполнена в виде цистерн, баллонов, установленных стационарно в трюмах и/или на палубе (на черт. не показано), либо мобильными с возможностью перемещения в процессе передачи их на берег.
Система 4 охлаждения ОГ выполнена в виде судового утилизационного котла, выполненного с одной или двумя ступенями давления.
Устройство 3 для улавливания сажи из ОГ выполнено в виде циклона или сепаратора и сообщено с ДВС 1.
Все оборудование промышленно выпускаемое в стандартном варианте.
Предлагаемая полезная модель используется следующим образом.
В процессе работы ДВС 1 образующиеся ОГ, содержащие вредные токсичные вещества, попадают в устройство 3, где очищаются от взвешенных твердых частиц сажи. Из устройства 3 по трубопроводу 2 ОГ попадают в систему 4 охлаждения ОГ. Там ОГ отдают свое тепло, которое используется для выработки пара, расходуемого на судовые нужды и выработку дополнительной электроэнергии (в случае 2 ступеней давления).
Затем охлажденные ОГ по магистральному трубопроводу 2 поступают в систему 5 сжатия, где ОГ сжимаются, при этом охлаждаются во встроенных теплообменниках.
Затем сжатые ОГ подаются по трубопроводу 2 в систему 6 накопления ОГ, это баллоны или цистерны, установленные в трюмах. При необходимости баллоны и цистерны устанавливают и на свободных местах палубы судна.
При подходе судна к берегу подсоединяют съемный шланг 7 к стационарным цистернам и/или баллонам системы 6 накопления для транспортировки сжатых ОГ на берег для утилизации.
В случае использования мобильных цистерн и/или баллонов с ОГ с помощью судового крана последние перемещают на берег для утилизации ОГ. На место удаленных цистерн и/или баллонов устанавливают свободные.
В результате использования полезной модели полностью исключается выброс в атмосферу ОГ с вредными токсичными веществами, обеспечивается существенная экономия денежных средств за счет исключения необходимости в закупке и установке на судне дорогостоящего оборудования для очистки отработавших газов, обеспечивается дополнительный доход от продажи ОГ, содержащих ценные оксиды азота, серы.
Итак, в результате применения заявляемой в качестве полезной модели установки достигается новый технический результат - обеспечение экологической безопасности эксплуатации судна за счет полного отсутствия выбросов в атмосферу всех отработавших газов путем их сбора и накопления в емкостях на судне с последующей передачей на береговое предприятие, утилизирующее отработавшие газы, путем обеспечения простоты и надежности в технологическом исполнении установки, обеспечения значительной экономии топлива на утилизации отработавших газов.
Следовательно, предлагаемая полезная модель соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Данную полезную модель можно использовать как при модернизации, переоборудовании любых грузовых судов, а также при строительстве новых судов и на береговых предприятиях, имеющих большое количество ОГ, например, ТЭЦ и т.п.
1. Установка полной утилизации отработавших газов судовых двигателей внутреннего сгорания, содержащая устройство для улавливания сажи из отработавших газов, систему охлаждения отработавших газов, систему магистральных трубопроводов, отличающаяся тем, что она снабжена системой сжатия всех отработавших и охлажденных газов и сообщенной с последней системой накопления сжатых отработавших газов.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена съемным шлангом высокого давления, выполненным с возможностью подсоединения к системе накопления сжатых отработавших газов для последующей передачи сжатых газов на берег.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система сжатия охлажденных отработавших газов выполнена в виде компрессоров высокого давления с возможностью охлаждения сжимаемых газов.
4. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система накопления сжатых отработавших газов выполнена в виде цистерн, баллонов, установленных стационарно в трюмах и/или на палубе либо мобильными с возможностью перемещения в процессе передачи их на берег.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система охлаждения отработавших газов выполнена в виде утилизационного котла.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для улавливания сажи из отработавших газов выполнено в виде циклона или сепаратора и сообщено с двигателем внутреннего сгорания.
