Стенд для испытаний нейтрализаторов выхлопных газов компрессорных станций

Предложение относится к области очистки, удаления вредных веществ из выхлопных газов установок, потребляющих топливные газы и, в частности, к средствам исследования и испытания нейтрализаторов выхлопных газов. Технический результат: упрощение конструкции и расширение технологических возможностей для определения эффективности различных способов, в том числе каталитических, очистки вредных веществ в выхлопных газах. Стенд включает связанный с источником топлива блок подготовки газовой смеси, выполненный с возможностью создания моделирующей выхлопные газы смеси заданного состава и температуры, блок термокаталитического нейтрализатора и систему удаления дымовых газов с трубопроводом разбавления выводимых продуктов сгорания. В блоке подготовки газовой смеси горелочное устройство служит для создания высокотемпературных продуктов сгорания, предназначенных для смешения с избыточным воздухом, подаваемым вентилятором в камеру смешения. Горелочный туннель позволяет завершить процесс горения в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха. Горелочное устройство для генерации оксидов азота заданных параметров, моделирующих выхлопные газы, соединено с вентилятором, подающим воздух на горение. Для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления природного газа предназначен горелочный туннель. Увеличение длительности пребывания продуктов реакции окисления природного газа в смеси с избыточным кислородом, подаваемым на горение, приводит к повышению концентрации оксидов азота. Распределительный короб-коллектор продуктов сгорания по объему камеры смешения предназначен для их равномерного распределения. Система удаления дымовых газов включает дымосос и поворотную заслонку, установленную на трубопроводе разбавления удаляемых продуктов сгорания. Имеется трубопровод отвода продуктов сгорания и шибер для обхода термокаталитического нейтрализатора на период настройки режимов заданных параметров состава продуктов сгорания. В качестве источника топлива для получения газовой смеси использована газовая магистраль. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предложение относится к области очистки, удаления вредных веществ из выхлопных газов установок, потребляющих топливные газы и, в частности, к средствам исследования и испытания нейтрализаторов выхлопных газов.

Известно устройство - система, которая включает двигатель внутреннего сгорания, последовательно соединенный с выхлопной трубой, помещенную в выхлопную трубу систему дополнительной обработки с катализатором, уменьшающим содержание оксидов азота (NOx). Рассматриваемая система включает подсистему обработки с контроллером, который содержит модули для определения степени деградации катализатора. Включены модули измерения условий, тестирующий модуль, модуль мониторинга, а также модуль старения катализатора. Модуль измерения условий показывает условия применения катализатора, тестирующий модуль проводит оценку эффективности катализатора при определенных условиях, модуль мониторинга фиксирует показатели эффективности конверсии NOx в ходе тестирования эффективности катализатора, а модуль старения катализатора определяет степень деградации катализатора при, по крайней мере, одном параметре/условии реакции (US 2012/0067114, 2012).

Известное устройство близко по назначению, однако имеет недостатки, в частности, в нем используется двигатель внутреннего сгорания в качестве средства преобразования топлива в газовую смесь для моделирования выхлопных газов смеси заданного состава и температуры, что его усложняет и удорожает.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение конструкции и расширение технологических возможностей для определения эффективности различных способов, в том числе каталитических, очистки вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах, например, газотурбинных установок компрессорных станций газотранспортной системы ОАО «Газпром».

Технический результат достигается тем, что стенд для испытания нейтрализаторов выхлопных газов включает связанный с источником топлива блок подготовки газовой смеси, выполненный с возможностью создания моделирующей выхлопные газы смеси заданного состава и температуры, блок термокаталитического нейтрализатора и систему удаления дымовых газов с трубопроводом разбавления выводимых продуктов сгорания.

Способствует достижению технического результата то, что:

- блок подготовки газовой смеси включает горелочное устройство для создания высокотемпературных продуктов сгорания, предназначенных для смешения с избыточным воздухом, подаваемым вентилятором в камеру смешения, горелочный туннель для завершения процесса горения в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха, горелочное устройство для генерации оксидов азота заданных параметров, моделирующих выхлопные газы, с вентилятором нагнетания воздуха на горение, горелочный туннель, предназначенный для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления природного газа, повышающего выход оксидов азота (NO_x), и распределительный короб-коллектор продуктов сгорания по объему камеры смешения, предназначенный для их равномерного распределения;

- для создания высокотемпературных продуктов сгорания применено горелочное устройство типа ГНП-2, а для генерации оксидов азота с заданной концентрацией и температурой, необходимых для моделирования выхлопных газов газотурбинных установок компрессорных станций газотранспортной системы ОАО «Газпром», - применено горелочное устройство типа ГНП-1, а горелочный туннель, предназначенный для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления природного газа, повышающего выход оксидов азота (NO_x ), выполнен теплоизолированным.

- камера смешения выполнена теплоизолированной с применением в качестве теплоизоляционного материала муллитокремнеземистого войлока;

- блок термокаталитического нейтрализатора расположен между камерой смешения и системой удаления дымовых газов, и соединен с ними при помощи фланцевых соединений;

- система удаления дымовых газов включает дьмосос и шибер, установленный на трубопроводе разбавления удаляемых продуктов сгорания;

- имеется трубопровод отвода продуктов сгорания и поворотная заслонка для обхода термокаталитического нейтрализатора на период настройки режимов заданных параметров состава продуктов сгорания;

- имеются датчики температуры, статического и полного давления, штуцера-отводы для измерения состава газовоздушной смеси, линии газовой обвязки газогорелочных устройств, приборы измерения расхода газа и воздуха, регулятор давления газа и блок учета расхода газа;

- в качестве источника топлива для получения газовой смеси использована газовая магистраль.

На графическом изображении приведена схема стенда.

Стенд для испытания нейтрализаторов выхлопных газов включает связанный с источником топлива (газовой магистралью) 1 блок подготовки газовой смеси способный создавать моделирующие выхлопные газы смеси заданного состава и температуры.

Блок подготовки газовой смеси включает горелочное устройство 2 типа ГНП-2 для создания высокотемпературных продуктов сгорания, предназначенных для смешения с избыточным воздухом, подаваемым вентилятором 3 в камеру смешения 4, горелочный туннель 5 для завершения процесса горения в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха, горелочное устройство 6 типа ГНП-1 для генерации оксидов азота заданных параметров, моделирующих выхлопные газы. Вентилятор 7 служит для нагнетания воздуха на горение. Горелочный туннель 8 выполнен теплоизолированным и предназначен для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления метана, что повышает выход оксидов азота (NO_x). Распределительный короб-коллектор 9 продуктов сгорания по объему камеры смешения 4 предназначен для их равномерного распределения. Горелочное устройство 6 в конкретном примере выполнено с возможностью моделирования выхлопных газов газотурбинной установки газо-перекачивающего агрегата компрессорной станции. Камера смешения 4 теплоизолирована теплоизоляционным материалом - муллитокремнеземистым войлоком 10.

Блок 11 термокаталитического нейтрализатора расположен между камерой смешения 4 и системой удаления дымовых газов, которая включает дымосос 12 и поворотную заслонку 13, установленную на трубопроводе 14 разбавления удаляемых продуктов сгорания. Трубопровод 15 отвода продуктов сгорания оборудован шибером 16, а в обводном трубопроводе 17 установлена поворотная заслонка 18 для обхода блока 11 термокаталитического нейтрализатора на период настройки режимов заданных параметров состава продуктов сгорания. Между блоком 11 термокаталитического нейтрализатора и дьмососом 12 встроен отводной патрубок 19, связанный с обводным трубопроводом 17 и оборудованный поворотной заслонкой 20.

Блок 11 термокаталитического нейтрализатора соединен с трубопроводом 15 отвода продуктов сгорания и трубопроводом 14 разбавления удаляемых продуктов сгорания при помощи фланцевых соединений.

Стенд оснащен датчиками (температуры, статического и полного давления, штуцерами-отводами для измерения состава газовоздушной смеси, линиями газовой обвязки газогорелочных устройств, приборами измерения расхода газа и воздуха, регулятором давления газа и блоком учета расхода газа) 21.

Нагнетательные ветви вентиляторов 3, 7 оборудованы поворотными заслонками 22, 23, 24, а камера смешения - взрыв клапаном 25.

В конкретном примере реализации блок подготовки газовоздушной смеси включает в себя:

- горелочное устройство 2 для создания высокотемпературных продуктов сгорания, предназначенных для смешения с избыточным воздухом, подаваемым вентилятором 3 в камеру смешения 4;

- горелочный туннель 5 для завершения процесса полного окисления природного газа в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха;

- горелочное устройство 6 для генерации оксидов азота с подачей воздуха на горение вентилятором 7;

- горелочный туннель 8 для обеспечения необходимого времени образования оксидов в продуктах горения с целью обеспечения необходимого количества оксидов азота в продуктах сгорания и завершения окисления природного газа;

- распределительный короб-коллектор 9 для равномерного распределения продуктов сгорания по объему теплоизолированной камеры смешения 4.

Блок 11 термокаталитического нейтрализатора расположен между камерой смешения 4 и системой удаления дымовых газов, соединенных с ним при помощи фланцевых соединений.

Конструкция блока 11 термокаталитического нейтрализатора основана на применении панелей, расположенных под острым углом к потоку газа, соединенных в виде «многоскатных плоскостей». В панелях закреплены каталитические блоки стандартного размера 100×170×20 мм с покрытием из платинородиевой композиции.

Блоки 11 в панелях закреплены в раме и снабжены специальными обоймами из сетки, что обеспечивает необходимую податливость рабочего слоя без излома блока при работе в условиях высоких температур и возможной неравномерности температурного поля.

Панели связаны между собой податливыми крепежными связями и установлены в газоходе на упругих кронштейнах, обеспечивающих восприятие температурных и монтажных деформаций.

Основу блоков 11 составляют высокопористые ячеистые материалы, пористость которых равна 0,85-0,95.

Каталитические блоки 11 состоят из:

- носителя (высокопористые ячеистые материалы), выполненного в виде так называемого «пенометалла» из термостойкой порошковой композиции никеля и хрома, что обеспечивает термостойкость порошковой композиции никеля и хрома и термостойкость блоков при возростании температуры в процессе очистки до 700-800°С и высокую механическую прочность;

- подложки (оксид алюминия), увеличивающей рабочую поверхность и обеспечивающей наилучшее сцепление каталитической пленки с поверхностью носителя;

- каталитически активного слоя (металлы платиновой группы: Pt - 80%, Rh - 20%).

Работа стенда осуществляется следующим образом. Монтируют блок 11 термокаталитического нейтрализатора между камерой смешения 4 и системой удаления дымовых газов.

На период настройки режимов заданных параметров состава продуктов сгорания трубопровод 15 отвода продуктов сгорания перекрывают шибером 16, а в обводном трубопроводе 17 открывают поворотную заслонку 18 для обхода блока 11 термокаталитического нейтрализатора.

Запускают в работу блок подготовки газовой смеси. Для этого включают в работу вентиляторы 3, 7 и подают газ на горелочные устройства 2, 6 от источника топлива (газовой магистрали) 1.

Настраивают с помощью поворотных заслонок 22, 23 подачу воздуха 26 для обеспечения режимов горения природного газа, обеспечивающих заданный состав высокотемпературных продуктов сгорания - выхлопных газов 27, предназначенных для смешения с избыточным воздухом 26, подаваемым в камеру смешения 4.

Для завершения процесса горения в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха 26 служит горелочный туннель 5. С помощью горелочного устройства 6 генерируют продукты сгорания с заданной концентрацией оксидов азота и окисью углерода и температурой, моделирующих выхлопные газы 28. Расход воздуха регулируют поворотной заслонкой 24.

После выхода на рабочий режим открывают шибер 16 и перекрывают поворотную заслонку 18. Выхлопные газы 29 в смеси с NO_x и СО поступают в блок 11 термокаталитического нейтрализатора и уже смесь выхлопных газов 30, прореагировавшая в нем, выводится дымососом 12 системы удаления дымовых газов. Поскольку дымосос 12 имеет ограничения по температурному режиму, используют поворотную заслонку 13, установленную на трубопроводе 14, с помощью которой разбавляют удаляемые продукты сгорания приточным воздухом и поддерживают, таким образом, требуемый температурный режим.

Взрыв клапан 25 несет предохранительную функцию и срабатывает в аварийных ситуациях. Отводной патрубок 19, связанный с обводным трубопроводом 17 и оборудованный поворотной заслонкой 20, встроенный между блоком 11 термокаталитического нейтрализатора и дымососом 12, предназначен для технологических целей.

Использование предлагаемого стенда позволяет определять эффективность различных способов, в том числе каталитических, очистки вредных веществ в выхлопных газах.

1. Стенд для испытания нейтрализаторов выхлопных газов, включающий связанный с источником топлива блок подготовки газовой смеси, выполненный с возможностью создания смеси заданного состава и температуры, моделирующей выхлопные газы, блок термокаталитического нейтрализатора и систему удаления дымовых газов с трубопроводом разбавления выводимых продуктов сгорания.

2. Стенд по п.1, в котором блок подготовки газовой смеси включает горелочное устройство для создания высокотемпературных продуктов сгорания, предназначенных для смешения с избыточным воздухом, подаваемым вентилятором в камеру смешения, горелочный туннель для завершения процесса горения в обтекаемом потоке нагреваемого воздуха, горелочное устройство для генерации оксидов азота заданных параметров, моделирующих выхлопные газы газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата компрессорной станции, с вентилятором нагнетания воздуха на горение, горелочный туннель, предназначенный для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления природного газа, повышающего выход оксидов азота (NO_x), и распределительный короб-коллектор продуктов сгорания по объему камеры смешения, предназначенный для их равномерного распределения.

3. Стенд по п.2, в котором для создания высокотемпературных продуктов сгорания применено горелочное устройство типа ГНП-2.

4. Стенд по п.2, в котором для генерации оксидов азота заданных параметров, моделирующих выхлопные газы, применено горелочное устройство типа ГНП-1, а горелочный туннель, предназначенный для увеличения времени пребывания продуктов реакции окисления природного газа, повышающего выход оксидов азота (NO_x), выполнен теплоизолированным.

5. Стенд по п.4, в котором горелочное устройство типа ГНП-1 для генерации оксидов азота заданных параметров, выполнено с возможностью моделирования выхлопных газов газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата компрессорной станции.

6. Стенд по п.2, в котором камера смешения выполнена теплоизолированной.

7. Стенд по п.6, в котором в качестве теплоизоляционного материала камеры смешения применен муллитокремнеземистый войлок.

8. Стенд по п.1, в котором блок термокаталитического нейтрализатора расположен между камерой смешения и системой удаления дымовых газов и соединен с ними при помощи фланцевых соединений.

9. Стенд по п.1, в котором система удаления дымовых газов включает дымосос и поворотную заслонку, установленную на трубопроводе разбавления удаляемых продуктов сгорания.

10. Стенд по п.1, в котором имеется трубопровод отвода продуктов сгорания и шибер для обхода термокаталитического нейтрализатора на период настройки режимов сжигания природного газа для получения продуктов сгорания заданного состава и температуры.

11. Стенд по п.1, в котором имеются датчики температуры, статического и полного давления, штуцера-отводы для измерения состава газо-воздушной смеси, линии газовой обвязки газогорелочных устройств, оснащенных запорно-регулирующей арматурой, приборы измерения расхода газа и воздуха, регулятор давления газа и блок учета расхода газа.

12. Стенд по п.1, в котором в качестве источника топлива для получения газовой смеси использована газовая магистраль.