Способ снижения токсичности отработавших газов энергетической установки и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ снижения токсичности отработавших газов (ОГ) осуществляется мокрой очисткой нейтрализующей жидкостью в циклонно-пенистом аппарате, отработанная нейтрализующая жидкость отводится в отстойник, а очищенная жидкость подается в циклонно-пенный аппарат. Для повышения эффективности очистки ОГ и снижения тепло- и влагоуноса теплоту ОГ отводят для утилизации, а очищенные ОГ частично направляют на вход энергоустановки, при этом регулируют расход этого рециркулируемого газа и влагосодержание в нем. Для реализации способа предложено устройство, содержащее энергетическую установку с впускным коллектором и выпускным патрубком, отстойник с насосом на выходном патрубке, коллектор подвода нейтрализующей жидкости в контактный аппарат, регуляторы расхода жидкости, температуры и рециркуляции очищенных газов ОГ и встроенный теплообменник. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Преимущественная область использования - снижение токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (двс), а также котельных и газотурбинных установок.

Известен способ очисти (нейтрализации) ОГ двс [1], по которому воду перед подачей для нейтрализации ОГ двс предварительно подвергают электролитической обработке с разделением на катодный (щелочной) и анодный (кислотный) потоки. При этом для очистки ОГ используют лишь щелочной поток, а кислотный поток выливают в поток отработавшей жидкости.

Недостатком данного способа являются дополнительные затраты электроэнергии на электролитическую обработку воды, не используя кислотный поток, и значительный расход воды из щелочного потока вследствие влагоуноса в виде пара.

Известен способ мокрой очистки газов (2), взятый в качестве прототипа, по которому газы очищают впрыском жидкости в трубу Вентури с последующим разделением газожидкостного потока в циклонном аппарате на потоки газов и жидкости, причем жидкость удаляют в отстойник, где шлам отделяется от жидкости, которая подается вновь насосом в скруббер.

Известный скруббер с трубой Вентури [2], взятый в качестве прототипа, содержит конфузоры, горловины, отверстия для подачи жидкости, диффузор, циклонный сепаратор, отстойник, насос.

Недостатками этого способа и устройства являются низкая эффективность очистки ОГ из-за отсутствия элементов и способа воздействия на источник ОГ, значительный влагоунос и выброс избыточного тепла в атмосферу из-за высокой температуры ОГ, выбрасываемых в атмосферу.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки ОГ от токсичных составляющих за счет введения дополнительных операций регулируемой подачи очищенных, охлажденных ОГ на вход энергетической установки (рециркуляция ООГ), а также снижение тепло- и влагоуноса с ОГ в атмосферу за счет стабилизации температуры ООГ путем отвода избыточного тепла через теплообменник и подачи жидкости в контактный аппарат.

Цель достигается тем, что по способу снижения токсичности ОГ их теплоту отводят для утилизации, а очищенные газы частично направляют на рециркуляцию в энергетическую установку, регулируя их расход и влагосодержание, устройство дополнительно снабжено регуляторами расхода жидкости, температуры, рециркуляции очищенных и охлажденных газов, а контактный аппарат выполнен в виде циклонно-пенного с входными и выходными газовыми патрубками, входным жидкостным патрубком и встроенным в него теплообменником, причем выпускной патрубок энергетической установки соединен с входным газовым патрубком контактного аппарата, а ее выходной газовый патрубок через регулятор рециркуляции соединен с впускным коллектором энергетической установки, входной жидкостной патрубок контактного аппарата соединен через регулятор расхода жидкости с выходом насоса отстойника, а регулятор температуры установлен во встроенном теплообменнике, что соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предложенный способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит энергетическую установку 1, контактный аппарат 2, встроенный теплообменник 3, коллектор 4 подвода нейтрализующей жидкости, отстойник 5, насос 6, регулятор 7 температуры, регулятор 8 рециркуляции очищенных газов и ООГ, регулятор 9 расхода жидкости.

Способ снижения токсичности ОГ энергетической установки реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

Для примера в качестве энергетической установки рассмотрим работу дизеля, который через впускной коллектор засасывает из атмосферы воздух. ОГ через выпускной патрубок поступают через входной газовый патрубок в контактный аппарат 2, выполненный в виде циклонно-пенного аппарата. В исходном состоянии нижняя часть контактного аппарата 2 заполнена нейтрализующей жидкостью, например раствором щелочи. ОГ, идущие с большой скоростью и температурой газов 50-500^оС, ударяются о слой жидкости в контактном аппарате 2, разбиваются на мелкие пузырьки, которые обволакиваются раствором щелочи. Так образуется пена с пузырьками с развитой фазой контакта между ОГ и нейтрализующей жидкостью. При этом диоксид углерода вступает в реакцию со щелочью по уравнению СO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O.

Одновременно вступают в реакцию и другие вредные компоненты ОГ, хотя они идут пассивно: 2NO₂ + 2NaOH = 2NaNO₃ + H₂O; SO₂ + H₂O = H₂SO₃; H₂SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O + H .

В циклонно-пенном аппарате газ, жидкость и пена приобретают вращательное движение, увеличивая время контакта жидкости и газов. Сажа, пепел и зола смачиваются щелочью, приобретают дополнитель- ный вес, а при вращательном движении в соответствии весу сепарируются, происходит естественное разделение, более тяжелые частицы прижимаются к стенке. Поскольку исходный ОГ имеет высокую температуру, частично жидкость испаряется, образуя насыщенный водяной пар. При этом влагосодержание прямо пропорционально исходной температуре ОГ. Одновременно эта высокая температура способ- ствует ускорению хода химических реакций, указанных выше, способствуя снижению токсичности ОГ.

Однако высокая температура ООГ на выходе контактного аппарата приводит к высокому влагосодержанию в них и соответственно высокому влагоуносу. Для уменьшения влагоуноса в атмосферу через выходной газовый патрубок необходимо снизить температуру ООГ. Это делается с помощью встроенного теплообменника 3, на вход которого через регулятор 7 температуры ООГ подается холодная вода. Газопенная фракция ООГ способствует хорошему теплообмену. При этом температура ООГ снижается, пары воды конденсируются, твердые частицы и сажа обвола- киваются и уносятся вместе с водой в нижнюю часть контактного аппарата, в верхней части которого имеются приспособления для уменьшения влагоуноса в виде капель воды. В случае низкой температуры ООГ (малый влагоунос) уровень жидкости в контактном аппарате увеличивается за счет воды, возникшей при сгорании топлива в цилиндрах дизеля (на 1 кг топлива образуется 1,13 кг воды), а при высокой температуре ООГ влагоунос увеличивается, тогда уровень жидкости в контактном аппарате поддерживается за счет пополнения ее запасов извне (эти устройства на чертеже не показаны), а при избытке жидкости она удаляется из нижней части контактного аппарата через гидрозатвор, подобный унитазному. С этой жидкостью удаляются твердые частицы: сажа, пепел, зола, соли в растворе типа Na₂SO₄, NaHCO₃, Na₂CO₃.

ООГ через регулятор 8 рециркуляции подаются на вход дизеля, что способствует улучшению процесса сгорания топлива в цилиндре за счет увеличения влажности, регулирования температуры всасываемого воздуха. Такое улучшение приводит к сокращению в ОГ окислов NO_x.

Жидкость, вытекающая из контактного аппарата 2 в отстойник 5, в нем отстаивается, твердая фракция осаждается на дно, а жидкая часть насосом через регулятор 9 расхода жидкости, через коллектор 4 подвода жидкости подается в верхнюю часть контактного аппарата 2. Эта жидкость дополнительно охлаждает ООГ контактным путем, омывает теплообменник 3, удаляет сажу, пепел, золу, смывает из нижней части гидрозатвора твердую фракцию, способствует поддержанию уровня жидкости в контактном аппарате и, наконец, гасит пену в его верхней части, уменьшая пеноунос или унос капельной влаги.

С помощью коллектора 4 создается поток распыливаемой жидкости нужной конфигурации, нужного направления. Регулятор 9 способствует поддержанию уровня жидкости в контактном аппарате 2, температуры и влагоуноса с ООГ.

Таким образом, данное устройство позволяет регулировать температуру ООГ путем отвода теплоты ОГ через теплооб- менник 3, подачу очищенных ОГ осуществляют с помощью регулятора 8, а снижение токсичности ОГ - в циклонно-пенном аппарате за счет обильного контакта газов с нейтрализующей жидкостью, тем самым достигаются повышение эффективности очистки ОГ и снижение их тепло-, влагоуноса, а теплоту ОГ используют для утилизации.

Экономический эффект использования данного способа и устройства заключается в уменьшении выброса токсичных компонентов в атмосферу, использовании теплоты ОГ для утилизации (подогрев воды, отопления), уменьшении расхода воды, используемой для очистки ОГ, улучшении процесса сгорания топлива в энергоустановке, что приводит для дизеля к снижению расхода топлива.

Формула изобретения

СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ снижения токсичности отработавших газов энергетической установки путем мокрой очистки газов нейтрализующей жидкостью в контактном аппарате, отвода отработанной нейтрализующей жидкости в отстойник, выделения шлама и подачи очищенной от шлама жидкости из отстойника в контактный аппарат, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса очистки отработавших газов и снижения тепло- и влагоуноса, теплоту отработавших газов отводят для утилизации, а очищенные газы частично направляют на рециркуляцию в энергетическую установку, регулируя их расход и влагосодержание.

2. Устройство для снижения токсичности отработавших газов энергетической установки, имеющей выпускной патрубок и впускной коллектор, содержащее контактный аппарат с коллектором подвода нейтрализующей жидкости и выходным жидкостным патрубком, соединенным с отстойником, имеющим на его выходном патрубке насос, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно снабжено регуляторами расхода жидкости, температуры и рециркуляции очищенных и охлажденных газов, контактный аппарат выполнен циклонно-пенным с входным и выходным газовыми патрубками и встроенным в него теплообменником, выпускной патрубок энергетической установки соединен с входным газовым патрубком циклонно-пенного аппарата, его выходной газовый патрубок через регулятор рециркуляции соединен с впускным коллектором энергетической установки, коллектор подвода нейтрализующей жидкости сообщен через регулятор расхода жидкости с выходом насоса, а регулятор температуры установлен во встроенном теплообменнике.

РИСУНКИ

Рисунок 1