устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов

Формула изобретения

Устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов, включающее абсорбер для поглощения оксидов азота, подающие газоходы, анионитовый фильтр, вентилятор и теплицу, отличающееся тем, что транзитный газоход соединен через отводной газоход с вертикальным трубчатым теплообменником-абсорбером, состоящим из соединенных последовательно по газу сверху вниз воздухоподогревателем и конденсатором, который соединен по газу с эжектором и теплицей, в крыше которой размещен дефлектор.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и сельскому хозяйству и может быть использовано в процессах очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок ТЭС для снижения загрязнений и парникового эффекта окружающей атмосферы и повышения урожайности в овощеводстве закрытого грунта.

Известна газовоздушная установка для создания микроклимата в теплицах, включающая огневую камеру с горелками для сжигания газа и распределительным коллектором, теплообменник, вентилятор, форсунки для распыления воды, трубопроводы с регулировочными заслонками, дымосос, в которой за счет тепла дымовых газов, подогревается воздух и осуществляется его смешение с дымовыми газами для обогащения его углекислым газом перед подачей в теплицу [а. с.СССР № 18451, М.кл.⁴ А01G, бюл. № 14, 1966].

Основным недостатком известного устройства является невозможность очистки в нем дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы перед подачей их в теплицу, присутствие которых в обогреваемом воздухе отрицательно влияет на развитие растений в теплице, что снижает экономические и экологические показатели установки.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки дымовых газов от вредных примесей оксидов азота и оксидов серы, включающее в себя зону обработки в газоходе с размещенными в ней последовательно и выполненными в виде вертикальных трубчатых теплообменников, теплообменной и абсорбционной секциями с подъемной трубой эргазлифта, сепарационной секцией, анионитового фильтра, в которых осуществляют охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике, насыщение рециркуляционного конденсата озоном и кислородом воздуха, окисление и абсорбцию окислов азота и окислов серы насыщенным конденсатом с образованием кислого конденсата, после чего очищенные дымовые газы выводятся в атмосферу, а конденсат очищают от кислотных компонентов в анионитовом фильтре, которые выводят в процессе регенерации в виде водного раствора NaNO₃ [патент РФ № 2186612, М.кл.⁴ В01D 53/60, БИПМ № 22, 2002].

Недостатками известного устройства являются горизонтальная компоновка оборудования, требующая дополнительных производственных площадей для его размещения и обладающая значительным аэродинамическим сопротивлением, невысокая скорость окисления оксидов азота, обусловливающая значительную металлоемкость оборудования, отсутствие аппаратуры для очистки дымовых газов от диоксида углерода и его дальнейшего использования, что, в конечном счете, снижает экологическую и экономическую эффективность его работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности устройства для очистки и комплексной утилизации дымовых газов.

Технический результат достигается в устройстве для очистки и комплексной утилизации дымовых газов, включающем зону обработки, соединенную с транзитным газоходом через отводной газоход, в которую входят вертикальный трубчатый теплообменник-абсорбер, состоящий из соединенных последовательно по газу в трубном пространстве сверху-вниз, воздухоподогревателя и конденсатора, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, а по газу с эжектором, газоходом рабочей смеси и теплицей, в крыше которой размещен дефлектор, причем межтрубное пространство воздухоподогревателя соединено с дутьевым воздуховодом, а межтрубное пространство конденсатора соединено с газоходом наружного воздуха и вентилятором.

В основу работы предлагаемого устройства положены: особенности состава дымовых газов теплоэнергетических агрегатов, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., диоксид углерода (7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергия, 1975, с.15]; высокая скорость кислотообразования в условиях конденсации водяных паров нитрозных газов [Олевский В.М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности. - М.: Химия, 1985, с.42], возможность использования азотнокислого натрия в качестве удобрения [Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. - Л.: Химия, 1983, с.226] и способность растений в процессе фотосинтеза усваивать диоксид углерода с выделением кислорода [Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с.210].

Устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов изображено на чертеже.

Устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов содержит зону обработки, соединенную с транзитным газоходом 1 через отводной газоход 2 с вертикальным трубчатым теплообменником-абсорбером 3, состоящим из соединенных последовательно по газу в трубном пространстве сверху-вниз, воздухоподогревателя 4 и конденсатора 5, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром 6, а по газу с эжектором 7, газоходом рабочей смеси 8 и парником 9, в крыше которого размещен дефлектор 10, причем межтрубное пространство воздухоподогревателя 4 соединено с дутьевым воздуховодом 11, а межтрубное пространство конденсатора 5 соединено с воздуховодом наружного воздуха 12 и вентилятором 13.

Очистка дымовых газов и комплексная утилизация осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.

Дымовые газы, количество которых обусловлено производительностью устройства, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемым дымососом (не показан), через отводной газоход 2 направляются в трубчатый теплообменник-абсорбер 3, двигаясь сверху вниз, поочередно поступают в трубное пространство вертикального воздухоподогревателя 4, охлаждаемого дутьевым воздухом до температуры 80-85°С, и далее тоже в трубное пространство конденсатора 5, охлаждаемого наружным воздухом до температуры 40-50°С и, соответственно, нагрев этого воздуха, где происходит смешение газов с озоновоздушной смесью, охлаждение с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам труб, окисление с высокой скоростью ввиду присутствия озона оксидов азота до высших, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров. Из конденсатора 5 очищенные от окислов азота и охлажденные дымовые газы направляются в эжектор 7, где смешиваются в заданном соотношении с нагретым наружным воздухом из конденсатора 5, подаваемым вентилятором 13 по воздуховоду 12, полученная газовоздушная смесь по газоходу 8 поступает в теплицу 9, где в результате процесса фотосинтеза диоксид углерода усваивается растениями с выделением кислорода, одновременно интенсифицируя их рост, после чего газовоздушная смесь, обогащенная кислородом, за счет разрежения, создаваемого дефлектором, выбрасывается в атмосферу. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из конденсатора 5 поступает в анионитовый фильтр 6, где очищается от кислотных компонентов и направляется в конденсатный бак (не показан), после чего используется для подпитки котельного агрегата. При этом после регенерации анионита анионитового фильтра 6 раствором едкого натрия получают водный раствор NaNO₃, который в качестве удобрения используется для повышения урожайности в теплице 9.

При этом вертикальное размещение (сверху-вниз) в теплообменнике-абсорбере 3 воздухоподогревателя 4 и конденсатора 5 позволяет снизить аэродинамическое сопротивление абсорбера 3 за счет уменьшения количества местных сопротивлений и отсутствия соединительных газоходов между ними, а установка эжектора 7 уменьшает давление в газоходе после конденсатора 5, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить расход электроэнергии на дымосос (не показан), расположенный на транзитном газоходе 1. Кроме того, эжектор 7 обеспечивает полное смешение воздуха с дымовыми газами перед подачей рабочей смеси в теплицу 9, что позволяет равномерно распредить СO₂ по всему объему теплицы 9. Установка на теплице 9 дефлектора 10 позволяет осуществлять воздухообмен в теплице 9 за счет использования энергии ветра, что снижает нагрузку на вентилятор 13 и расход электроэнергии на его привод.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение скорости очистки дымовых газов, утилизацию их тепла для обогрева теплицы и диоксида углерода, который усваивается растениями с выделением кислорода, что повышает экологическую и экономическую эффективность очистки и утилизации дымовых газов, повышение урожайности овощных культур, а также снижение угрозы парникового эффекта окружающей атмосферы.