Устройство для очистки выхлопных газов дизеля

Полезная модель относится к машиностроению, а конкретнее устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной, железнодорожной и других отраслях промышленности, а конкретнее при очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение качества очистки газа, за счет улавливания мелкодисперсных частиц и обезвреживания газа от окислов азота (NO_x), угарного газа СО, углекислого газа СО₂ и других вредных сопутствующих газов. Устройство для очистки выхлопных газов дизеля состоит из цилиндрического корпуса с крышкой, у которой имеется осевой тангенциальный выходной патрубок, в котором установлено ветряное колесо, и днище корпуса соединено с бункером, который переходит во входной тангенциальный патрубок по оси корпуса, включающее верхний и нижний тангенциальные патрубки ввода, контейнер, отбойную шайбу, верхний тангенциальный патрубок снабжен завихрителем, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и первый полый усеченный конус, характеризующийся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на валу, проходящем по оси корпуса, жестко закреплены обтекатель и ветряное колесо, а нижняя часть вала жестко закреплена. Вверху корпус через разъемное соединение закрыт крышкой с патрубком, в котором жестко установлено второе ветряное колесо, а к днищу корпуса присоединен бункер с патрубком по оси корпуса, выше которого проходит входной тангенциальный патрубок подачи очищенного воздуха, в котором по оси корпуса закреплен подшипник, а в нем в свою очередь закреплен с возможностью вращения вал, на котором закреплены снизу вверх ветряное колесо, за ним конический завихритель, на который свободно опирается в свою очередь основанием первый полый усеченный конус, а через его вершину входит нижним основанием второй пустотелый усеченный конус, охватывая вал, и входит с посадкой вершиной конуса в вершину конуса пустотелого обтекателя, который жестко закреплен к валу, причем вершина конуса завершена патрубками подачи воздуха в корпус устройства, которые закреплены под сотым углом к вершине обтекателя и направлены в разные стороны, а к основанию обтекателя, в котором в придонной части выполнен водяной патрубок со множеством разносторонних отверстий, через крышку корпуса подается противотоком аммиак, причем между верхней крышкой корпуса и обтекателем в корпусе жестко закреплен к нему кронштейн с металлической сеткой, образуя форму усеченного конуса основанием в сторону обтекателя, который охватывает через полую цилиндрическую втулку вал, закрепляясь вершиной и основанием спицами, которые жестко закреплены к стенкам корпуса, причем в устройстве жестко закреплены спицами на равном расстоянии друг от друга верхнее кольцо, нижнее кольцо, и отбойная шайба, причем верхнее кольцо закреплено в верхней части конусного пустотелого обтекателя, нижнее кольцо закреплено в средней части второго полого усеченного конуса, а отбойная шайба закреплена в нижней части первого полого усеченного конуса и к этим кольцам и отбойной шайбе жестко закреплен спиралевидный очиститель с зазором к корпусу.

Полезная модель относится к машиностроению, а конкретнее устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной, железнодорожной и других отраслях промышленности, а конкретнее при очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен пылеуловитель, содержащий входной и отводящий осевой патрубки, пылевой бункер, цилиндрический корпус, имеющий возможность вращения полого цилиндра, который расположен соосно корпусу с образованием кольцевого зазора между их стенками, в котором расположено уплотнение. Полый цилиндр жестко соединен с помощью горизонтальных спиц с вертикальной осью, имеющей возможность вращения от привода [Патент РФ 20468, МПК B01D 45/00, опубл. 2009.01.27., авторы Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Казанцев В.П., Глухих С.М., Беккер В.Ф., Анашкин B.C. «Циклон»].

Недостатком технического решения является низкая эффективность очистки за счет того, что поток подается только сверху, при этом быстро теряется его закрутка. Поэтому тонкодисперсные частицы не успевают отделиться из потока и уносятся в выхлопной патрубок с потоком газа.

Известен вихревой пылеуловитель, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними, верхний тангенциальный патрубок выполнен в виде улиточного завихрителя, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и полым усеченным конусом, с соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на внешней поверхности которого установлена кольцевая отбойная шайба, а перфорированная цилиндрическая вставка установлена с возможностью вращения при помощи лопастей, выполненных на наружной поверхности верхней части перфорированной цилиндрической вставки, и жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель, при этом лопасти установлены предпочтительно под углом 7-12° к вертикали, а в верхней части корпуса расположены сопла, служащие для подачи воздуха на лопасти [Патент РФ 2344868, МПК B01D 45/12, В04С 3/00 опубл. 2009.01.27., авторы Азаров В.Н., Грачев В.А., Крючков Г.П., Артюхин А.С., Ажгиревич А.И., Гутенев В.В., Азаров Д.В. «Вихревой пылеуловитель»].

Недостатком вихревого пылеуловителя является недостаточная очистка воздуха от мелкодисперсных частиц, большие энергозатраты на привод цилиндрической вставки и очистку полости между цилиндрической вставкой и корпусом пылеуловителя.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение качества очистки газа, за счет улавливания мелкодисперсных частиц и обезвреживания газа от окислов азота (NO_x), угарного газа СО, углекислого газа СО₂ и других вредных сопутствующих газов.

Технический результат достигается тем, что в устройство для очистки выхлопных газов дизеля, состоящее из цилиндрического корпуса с крышкой, у которой имеется осевой тангенциальный выходной патрубок, в котором установлено ветряное колесо, и днище корпуса соединено с бункером, который переходит во входной тангенциальный патрубок по оси корпуса, включающее верхний и нижний тангенциальные патрубки ввода, контейнер, отбойную шайбу, верхний тангенциальный патрубок снабжен завихрителем, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и первый полый усеченный конус, характеризующийся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на валу, проходящем по оси корпуса, жестко закреплены обтекатель и ветряное колесо, а нижняя часть вала жестко закреплена, вверху корпус через разъемное соединение закрыт крышкой с патрубком, в котором жестко установлено второе ветряное колесо, а к днищу корпуса присоединен бункер с патрубком по оси корпуса, выше которого проходит входной тангенциальный патрубок подачи очищенного воздуха, в котором по оси корпуса закреплен подшипник, а в нем в свою очередь закреплен с возможностью вращения вал, на котором закреплены снизу вверх ветряное колесо, за ним конический завихритель, на который свободно опирается в свою очередь основанием первый полый усеченный конус, а через его вершину входит нижним основанием второй пустотелый усеченный конус, охватывая вал, и входит с посадкой вершиной конуса в вершину конуса пустотелого обтекателя, который жестко закреплен к валу, причем вершина конуса завершена патрубками подачи воздуха в корпус устройства, которые закреплены под сотым углом к вершине обтекателя и направлены в разные стороны, а к основанию обтекателя, в котором в придонной части выполнен водяной патрубок со множеством разносторонних отверстий, через крышку корпуса подается противотоком аммиак, причем между верхней крышкой корпуса и обтекателем в корпусе жестко закреплен к нему кронштейн с металлической сеткой, образуя форму усеченного конуса основанием в сторону обтекателя, который охватывает через полую цилиндрическую втулку вал, закрепляясь вершиной и основанием спицами, которые жестко закреплены к стенкам корпуса, причем в устройстве жестко закреплены спицами на равном расстоянии друг от друга верхнее кольцо, нижнее кольцо, и отбойная шайба, причем верхнее кольцо закреплено в верхней части конусного пустотелого обтекателя, нижнее кольцо закреплено в средней части второго полого усеченного конуса, а отбойная шайба закреплена в нижней части первого полого усеченного конуса и к этим кольцам и отбойной шайбе жестко закреплен спиралевидный очиститель с зазором к корпусу.

Повышение качества очистки газа достигается многоуровневой очисткой газа, которая позволяет на первом уровне отделить крупнодисперсные частицы сажи и несгоревшие углеводороды, на втором уровне, при помощи подачи аммиака, обезвредить очищаемый газ от окислов азота NO_x и отделить мелкодисперсные частицы сажи и на третьем уровне обезвредить очищаемый газ от угарного газа СО и углекислого газа СО₂. Это обеспечивается за счет размещения всех уровней очистки на едином валу в корпусе установки, что позволяет обеспечить на всех уровнях очистки газа значительную величину центробежной силы в ядре воздушного потока, выбрасывающей твердые частицы из потока газа.

На фиг.1 показано устройство для очистки выхлопных газов дизеля, общий вид в разрезе, на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1.

Устройство для очистки выхлопных газов дизеля состоит из корпуса 1, крышки 2, бункера 3, входного тангенциального патрубка подачи очищаемого воздуха 4, входного тангенциального патрубка подачи аммиака 5, вала 6, конического завихрителя 7, первого полого усеченного конуса 8, конусного пустотелого обтекателя 9, патрубок подачи аммиака 10, кронштейна 11, контейнера 12 с металлической сеткой 13, отбойной шайбы 14, нижнего кольца 15, спиралевидного очистителя 16, спиц 17, подшипника 18, первого ветряного колеса 19, второго ветряного колеса 20, второго пустотелого усеченного конуса 21, воронки 22, трубок подачи воздуха 23, полой цилиндрической вставки 24, спиц крепления вставки 25, верхнего кольца 26, верхнего выходного осевого тангенциального патрубка 27 и нижнего выходного осевого патрубка 28.

Устройство для очистки выхлопных газов дизеля работает следующим образом.

Очищаемый газ подается в устройство для очистки выхлопных газов дизеля через входной тангенциальный патрубок подачи очищаемого газа 4, первое ветряное колесо 19, конический завихритель 7 и первый полый усеченный конус 8. Далее, очищаемый газ направляется в воронку 22 и разделяется на два потока. Первый основной поток газа проходит через отверстия в воронке 22 и попадает в зазор между первым 8 и вторым 21 полыми усеченными конусами, а второй поток газа проходит во внутрь второго полого усеченного конуса 21. По мере движения обеих потоков очищаемого газа вверх угловая скорость их растет и в выходных отверстиях первого и второго полых усеченных конусов, она максимальна. Выйдя из второго полого усеченного конуса, очищаемый газ меняет направление и попадает в трубки подачи воздуха 23, при этом скорость газового потока меняется незначительно.

Трубки подачи воздуха 23 установлены радиально под острым углом к валу установки, благодаря чему создается встречный поток газа. Размеры отверстий в воронке 22 выполняются такими, чтобы через эти отверстия смогла пройти основная часть потока очищаемого газа. Выход воронки 22 жестко соединен со входом второго полого усеченного конуса. Конический завихритель 7 жестко закреплен на выходе входного тангенциального патрубка подачи очищаемого газа 4. Первый полый усеченный конус 8 жестко закреплен на втором полом усеченном конусе 21 и установлен с зазором к коническому завихрителю 7.

Вал 6 выполнен составным и состоит из четырех частей, причем вторая часть вала 6 выполнена в виде пустотелого усеченного конуса 21, размещенного большим основанием к низу, а четвертая часть выполнена в виде пустотелого цилиндра 5 и является входным тангенциальным патрубком подачи аммиака. Вал 6 в нижней части упирается в подшипник 18, который установлен во входном тангенциальном патрубке подачи очищаемого воздуха. В корпусе устройства большим основанием к верху размещен пустотелый конусный обтекатель 9, который предотвращает попадание твердых частиц из первого потока газа в осевую зону аппарата, а за счет своего вращения придает твердым частицам дополнительную силу, отбрасывающую их к стенкам корпуса 1.

Первый поток газа движется к выходному патрубку пылеуловителя, а частицы сажи и несгоревших углеводородов под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса 1. Выйдя из трубок подачи воздуха 23, второй поток газа направляется навстречу первому потоку газа. При взаимодействии первого и второго потоков газа центробежная сила, отбрасывающая твердые частицы газа увеличивается, тем самым повышается эффективность отброса твердых частиц к стенке корпуса 1. Для предотвращения попадания второго потока газа в бункер, в устройство введена отбойная шайба 14.

Для очистки газа от окислов азота (NO_x), в цилиндрическом корпусе 1 размещен патрубок разбрызгивания аммиака 10 со множеством разносторонних отверстий, по которому подается аммиак на стенки корпуса 1. Вход патрубка для разбрызгивания аммиака 10 соединен с выходом входного тангенциального патрубка подачи аммиака 5, по которому направляется аммиак в парубок для разбрызгивания аммиака 10.

Таким образом, происходит обезвреживание выхлопных газов от окислов аммиака и создается направленный поток аммиака, обладающей вязкостью, достаточной, чтобы удержать и отбросить к стенке мелкодисперсные твердые частицы (размером менее 15 мкм). Аммиак, стекает в бункер 3 по стенке цилиндрического корпуса 1, откуда далее удаляется через нижний выходной осевой патрубок.

Для предотвращения налипания частиц сажи и несгоревших углеводородов на стенке корпуса 1 в установке с зазором по окружности с возможностью вращения размещен спиралевидный очиститель 16, который жестко крепится на верхнем кольце 15, нижнем кольце 26 и отбойной шайбе 14. В свою очередь, отбойная шайба 14 жестко закреплена в нижней части первого полого усеченного конуса 8, а нижнее кольцо 26 жестко закреплено металлическими спицами 17 в средней части второго полого усеченного конуса 21, верхнее кольцо 15 жестко закреплено металлическими спицами 17 в верхней части конусного пустотелого обтекателя 9. При вращении спиралевидный очиститель 16 удаляет твердые частицы сажи и несгоревших углеводородов со стенок корпуса 1 и направляет их в бункер 3.

Далее газ направляется в контейнер 12. Внутри контейнера, в несколько рядов горизонтально натянута металлическая сетка 13, которая крепится к стенкам контейнера и полой цилиндрической вставки 24. Контейнер установлен на кронштейне 11, который жестко закреплен в верхней части корпуса 1. Полая цилиндрическая вставка 24 жестко прикреплена к основаниям контейнера 12 при помощи спиц 25, с возможностью отсоединения спиц от контейнера и полой цилиндрической вставки. Металлическая сетка пропитывается раствором щелочи (например NaOH), который способен эффективно очищать выхлопной газ от углекислого газа СО₂ и угарного газа СО. Размер ячейки сетки и количество горизонтальных рядов сетки выбирается таким образом, чтобы эффективно очистить от CO₂ и СО весь газ подаваемый в установку. При необходимости контейнер 12 можно вынуть из установки и промыть металлическую сетку, а затем на нее нанести новый раствор щелочи.

Пойдя через контейнер с металлической сеткой, газ направляется в осевой выходной патрубок 27 крышки 2, в котором размещено второе ветряное колесо 20. Первое и второе ветряное колесо жестко закреплены на валу 6. Очищаемый газ, проходя через лопасти первого и второго ветряного колеса, приводит их в движение и тем самым вращает вал установки.

Предлагаемое устройство для очистки выхлопных газов позволяет повысить качество очистки выхлопного газа от мелкодисперсных частиц сажи и несгоревших углеводородов в 2-3 раза, произвести эффективное обезвреживание газа от окислов азота (NO_x ), угарного газа СО, углекислого газа СО₂ и других вредных сопутствующих газов, а также значительно снизить энергозатраты на привод устройства.

Устройство для очистки выхлопных газов дизеля, состоящее из цилиндрического корпуса с крышкой, у которой имеется осевой тангенциальный выходной патрубок, в котором установлено ветряное колесо, и днище корпуса соединено с бункером, который переходит во входной тангенциальный патрубок по оси корпуса, включающее верхний и нижний тангенциальные патрубки ввода, контейнер, отбойную шайбу, верхний тангенциальный патрубок снабжен завихрителем, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и первым полым усеченным конусом, характеризующимся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на валу, проходящем по оси корпуса, жестко закреплены обтекатель и ветряное колесо, а нижняя часть вала жестко закреплена, отличающееся тем, что вверху корпус через разъемное соединение закрыт крышкой с патрубком, в котором жестко установлено второе ветряное колесо, а к днищу корпуса присоединен бункер с патрубком по оси корпуса, выше которого проходит входной тангенциальный патрубок подачи очищенного воздуха, в котором по оси корпуса закреплен подшипник, а в нем в свою очередь закреплен с возможностью вращения вал, на котором закреплены снизу вверх ветряное колесо, за ним конический завихритель, на который свободно опирается в свою очередь основанием первый полый усеченный конус, а через его вершину входит нижним основанием второй пустотелый усеченный конус, охватывая вал, и входит с посадкой вершиной конуса в вершину конуса пустотелого обтекателя, который жестко закреплен к валу, причем вершина конуса завершена патрубками подачи воздуха в корпус устройства, которые закреплены под сотым углом к вершине обтекателя и направлены в разные стороны, а к основанию обтекателя, в котором в придонной части выполнен водяной патрубок со множеством разносторонних отверстий, через крышку корпуса подается противотоком аммиак, причем между верхней крышкой корпуса и обтекателем в корпусе жестко закреплен к нему кронштейн с металлической сеткой, образуя форму усеченного конуса основанием в сторону обтекателя, который охватывает через полую цилиндрическую втулку вал, закрепляясь вершиной и основанием спицами, которые жестко закреплены к стенкам корпуса, причем в устройстве жестко закреплены спицами на равном расстоянии друг от друга верхнее кольцо, нижнее кольцо и отбойная шайба, причем верхнее кольцо закреплено в верхней части конусного пустотелого обтекателя, нижнее кольцо закреплено в средней части второго полого усеченного конуса, а отбойная шайба закреплена в нижней части первого полого усеченного конуса и к этим кольцам и отбойной шайбе жестко закреплен спиралевидный очиститель с зазором к корпусу.