Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ГРУППЫ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ СИСТЕМ КВАРТИРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов от вредных примесей источников теплоснабжения систем квартирного отопления.

Известна санитарная приставка для теплогенераторов автономных систем теплоснабжения, состоящая из корпуса, снабженного входным и выходным патрубками дымовых газов, внутри которого размещены съемные горизонтальные перфорированные корзины, заполненные смесью крошки гашеной извести Ca(OH₂) и активированного угля, закрытые решеткой, покрытой слоем высоковязкого мазута, при этом под корзинами устроены горизонтальные ряды перфорированных и неперфорированных труб, в воздушном патрубке помещен осевой вентилятор, а патрубок выхода дымовых газов сообщается с атмосферой через дымовую трубу и дефлектор и снабжен снизу коническим поддоном, соединенным через гидрозатвор с дренажным трубопроводом [Патент РФ №2390692, МПК F23J 15/02, 2010].

К основным недостаткам известного устройства относятся сложность и громоздкость конструкции, что не позволяет использовать его в системах квартирного теплоснабжения.

Более близким к предлагаемому изобретению является колонка для комплексной очистки дымовых газов, содержащая прямоугольный корпус, с выходными и заборными воздушными щелями, закрытый снизу плоскопирамидальным днищем со съемным стаканом, а сверху призматической крышкой, внутри которой устроен шибер, снабженный входным и выходным патрубками, соответственно, при этом внутри корпуса по ходу движения дымовых газов размещена три ступени очистки, состоящие из вертикальных кассет с перфорированными. бортами, заполненных адсорбентом, представляющим собой частицы дробленой гашеной извести (Ca(OH)₂), активированного угля и металлической сетки, покрытой слоем парафина, причем между кассетами расположены газовые каналы и воздушные каналы, соединенные в своей нижней части с заборными щелями, в верхней - с выходными щелями, образуя пластинчатый теплообменник, а входной и выходной патрубки соединены с газоходом теплогенератора [Патент РФ №2414281, МПК B01D 53/46, 2011].

К основным недостаткам известной колонки для комплексной очистки дымовых газов относятся невозможность утилизации тепла дымовых газов и очистка дымовых газов от группы теплогенераторов, сложность конструкции узла очистки, дороговизна адсорбента (активированного угля) и невозможность его регенерации, что снижает надежность и эффективность устройства.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение надежности и эффективности энергосберегающего устройства для очистки дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое энергосберегающее устройство для очистки дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления содержит короб, уложенный на верхнее перекрытие здания, выполненный из коррозионностойкого материала, днище которого снабжено отверстиями, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов и канализационных стояков и, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы с дефлекторами, причем каждая дымовая труба с тыльной стороны снабжена дверцей, внутри ее размещены ряды вертикальных перфорированных, открытых сверху кассет, образующих между собой вертикальные газовые каналы, вертикальные перфорированные кассеты выполнены из коррозионностойкого материала, их полости заполнены адсорбентом - гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, днище короба 1 выполнено с уклоном I в сторону канализационных стояков, а верхние кромки каналов индивидуальных дымоходов расположены выше уровня поверхности днища короба на величину δ.

Предлагаемое энергосберегающее устройство для очистки дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления (ЭУОДГ) представлено на фиг.1-5 (фиг.1 - общий вид устройства, фиг.2, 3 - общий вид и разрез дымовой трубы; 4, 5 - узлы стыковки с днищем короба канализационных стояков и каналов дымоходов теплогенераторов).

Предлагаемое ЭУОДГ содержит короб 1, выполненный из коррозионностойкого материала, уложенный на верхнее перекрытие 2 здания, днище которого снабжено отверстиями 3 и 4, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов 5 и канализационных стояков 6, соответственно, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы 7, снабженными дефлекторами 8, причем каждая дымовая труба 7 с тыльной стороны снабжена дверцей 9, внутри ее размещены ряды вертикальных перфорированных, открытых сверху кассет 10, образующих между собой вертикальные газовые каналы 11, вертикальные перфорированные кассеты 10 выполнены из коррозионностойкого материала, их полости заполнены гранулами пемзы 12, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, днище короба 1 выполнено с уклоном I канализационных стояков 6, а верхние кромки труб индивидуальных дымоходов 5 расположены выше уровня поверхности днища короба 1 на величину δ.

ЭУОДГ работает следующим образом. Дымовые газы группы теплогенераторов (на фиг.1-5 не показаны) жилого здания по трубам дымоходов 5 поступают в короб 1, который снизу через свое днище соприкасается с верхним перекрытием здания, а сверху через крышу короба 1 омывается воздухом чердака (на фиг.1-5 не показан) или с наружным воздухом. В коробе 1 они равномерно распределяются в его полости, двигаясь к ближайшей дымовой трубе 7. По мере своего движения, в результате теплообмена с верхним перекрытием 2 здания и воздухом чердачного помещения (на фиг.1-5 не показано) через стенки днища и крышки короба 1 дымовые газы, в результате большой площади теплообмена (днища и крышки) короба 1, быстро охлаждаются до температуры ниже точки росы с образованием конденсата водяных паров, присутствующих в них, который, соприкасаясь с газовой средой поглощает оксиды азота (NO_x), оксиды серы (SO_x), оксиды углерода (CO и CO₂) и другие вредные компоненты, образуя кислый конденсат, стекающий по наклонному днищу с уклоном I в канализационные стояки 6, где смешивается со сточными водами, удаляясь вместе с ними на очистные сооружения (величина угла уклона I должна быть больше или равна углу естественного откоса воды). При этом, двигаясь по днищу короба 1, кислый конденсат не затекает в каналы дымоходов 5, так их кромка выше поверхности днища короба 1 на величину δ, значение которой выбирается из условия гарантированного предотвращения попадания конденсата в каналы дымоходов 5. Подойдя к кромке короба 1, охлажденные и частично очищенные от вредных компонентов, дымовые газы поступают в дымовые трубы 7, внутри которых помещены вертикальные перфорированные кассеты 10, (узлы крепления кассет 10 на фиг.1-5 не показаны), между которыми имеются газовые каналы 11. Дымовые газы проходят по газовым каналам 11, проникают через отверстия в стенках вертикальных перфорированных кассет 10, заполненных гранулами 12 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 12 назначен из условий максимального заполнения кассет 10 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой, состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) с модулем основности M>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройизд., 1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам 12 основные свойства, позволяя сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, присутствующие в дымовых газах (NO_x, SO_x, CO, CO₂), а высокая пористость их структуры создает высокую удельную поверхность, что, в конечном итоге, позволяет использовать гранулы 12 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при различных температурах. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 12 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Поток дымовых газов, проходя газовые каналы 11 и многократно попадая на поверхность гранул 12 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, CO, CO₂), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 12. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 12 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул 12 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в дымовых газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива) со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SO₃. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 12 в результате капиллярной конденсации паров воды, находящихся в дымовых газах, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 12 оседают, находящиеся в дымовых газах мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные дымовые тазы из газовых каналов 11 поступают в дефлектор 8, откуда выбрасываются в атмосферу. Дополнительное сопротивление, обусловленное наличием короба 1 между каналами дымоходов 5 и дымовыми трубами 7, компенсируется за счет конденсации значительной части водяных паров в нем и обусловленного этим значительного уменьшения объема дымовых газов, их незначительной скорости движения в коробе 1, а также дополнительной тяги, которую создает дефлектор [В.Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч.II. - М.; Стройиздат, 1978, с.309], что, в конечном счете, увеличивает суммарную тягу во всех газоходах (каналах дымоходов 5, коробе 1 и дымовых трубах 7). При этом, в результате теплообмена, одновременно с охлаждением дымовых газов в коробе 1, за счет отводимого от них тепла, происходит подогрев верхнего перекрытия 2 здания и воздуха чердака. Поступление кислого конденсата, полученного в результате конденсации водяных паров и обогащенного вредными компонентами дымовых газов, в сточные воды через канализационные стояки 6, снижает их pH и появление твердых отложений в угловых и горизонтальных участках труб канализационной сети, а происходящее при этом обогащение сточных вод CO₂ способствует процессам фотосинтеза [Комов В.П. и др. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с.210] на полях орошения городских очистных сооружений.

Дымовые трубы ЭУОДГ размещают по кромкам обоих скатов крыши для того, чтобы дефлекторы 8 противоположных рядов труб 7 при изменении направления ветра могли компенсировать друг друга. Размеры одного короба 1 и число дымовых труб 7 на нем зависят от количества и мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, числа каналов дымоходов 5, расстояния между ними и. определяется технико-экономическим расчетом. При этом обязательным условием должно быть наличие в коробе 1 канализационных стояков 6. Число коробов 1 и общее число дымовых труб 7 на крыше определяются из соотношения площадей здания и короба 1. Размеры дымовых труб 7 и перфорированных кассет 10, объем гранул 12 в каждой из них, число перфорированных кассет 10, их длина, высота и ширина, ширина газовых каналов 11 определяются в зависимости от суммарной мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов.

При падении активности гранул 12 их подвергают регенерации, которую осуществляют в летний период. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 12 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 12 теплой водой при открытии дверей 9. При механическом износе гранул 12 их заменяют на свежие.

Таким образом, предлагаемое ЭУОДГ обеспечивает централизованную очистку дымовых газов группы теплогенераторови от вредных компонентов без применения дорогих и опасных химических реагентов, позволяет одновременно утилизировать их тепло, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности М>1, с высокой надежностью и эффективностью.