Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА 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 колонка для комплексной очистки дымовых газов, содержащая прямоугольный корпус с выходными и заборными воздушными щелями, закрытый снизу плоско-пирамидальным днищем со съемным стаканом, а сверху призматической крышкой, внутри которой устроен шибер, снабженной входным и выходным патрубками, соответственно, при этом внутри корпуса по ходу движения дымовых газов размещены 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 №2500867, МПК B 01 D 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.

Более близким к предлагаемому изобретению является энергосберегающее устройство для очистки дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления, содержащее короб, уложенный на верхнее перекрытие здания, выполненный из коррозионно-стойкого материала, днище которого снабжено отверстиями, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов и канализационных стояков, и сообщенный 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 (перфорированных емкостей), образующих между собой вертикальные газовые каналы, вертикальные перфорированные кассеты выполнены из коррозионно-стойкого 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 [Патент РФ №2414281, МПК Е04 Н12/28, F23 J15/02, B 01 D 53/46, 2013].

К основным недостаткам известного устройства относятся недостаточная степень очистки дымовых газов от вредных примесей, обусловленная тем, что кассеты, заполненные адсорбентом, установлены в самой трубе, а такая конструкция не позволяет достичь требуемой степени очистки без снижения тяги в дымоходе, и невозможность регенерации адсорбента без отключения всех теплогенераторов, что снижает надежность и эффективность устройства.

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

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для очистки и утилизации дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления содержит короб, выполненный из коррозионно-стойкого материала, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженные дефлекторами, и уложенный на верхнее перекрытие здания, днище которого снабжено отверстиями, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов и канализационных стояков, и выполнено с уклоном I в сторону канализационных стояков, а верхние кромки труб индивидуальных дымоходов расположены выше уровня поверхности днища короба на величину δ, перфорированные емкости, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем вышеупомянутые гранулы пемзы помещены внутри короба в перфорированных корзинах, установленных на высоте Н₁ от его днища на опорных планках и вертикальных перфорированных перегородках, а над перфорированными корзинами на высоте Н₂ под крышей короба расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки, соединенные снаружи короба через запорную арматуру с коллектором водопроводной воды.

Предлагаемое устройство для очистки и утилизации дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления (УОУДГ) представлено на фиг. 1-3 (фиг. 1, 2 - общий вид устройства, фиг. 3 - узел укладки корзин, стыковки с днищем короба каналов дымоходов теплогенераторов и дымовой трубы).

Предлагаемое УОУДГ содержит короб 1, выполненный из коррозионно-стойкого 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, снабженные дефлекторами 8, причем внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки 9 и вертикальные перфорированные перегородки 10 перфорированные корзины 11, заполненные гранулами пемзы 12, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, над корзинами 11 на высоте Н₂ под крышкой короба 1 расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки 13, соединенные снаружи короба 1 через запорную арматуру 14 с коллектором водопроводной воды 15, днище короба 1 выполнено с уклоном I в сторону канализационных стояков 5, а верхние кромки труб индивидуальных дымоходов 4 расположены выше уровня поверхности днища короба 1 на величину δ.

УОУДГ работает следующим образом. Дымовые газы группы теплогенераторов (на фиг. 1-3 не показаны) жилого здания по трубам дымоходов 4 поступают в короб 1, который снизу через свое днище соприкасается с верхним перекрытием 2 здания, а сверху через крышу короба 1 омывается воздухом чердака (на фиг. 1-3 не показан) или с наружным воздухом. В коробе 1 дымовые газы равномерно распределяются в его полости, скорость их резко уменьшается и они поднимаются к перфорированным корзинам 11, двигаясь, в основном, вертикально. Далее дымовые газы проникают через отверстия в днищах перфорированных корзин 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 корзин 7 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). При этом в процессе работы количество дымовых газов, проходящих через отверстия в перфорированных перегородках 10, незначительно, так как перфорация перегородок 10 выполняется такой, чтобы их сопротивление было значительно большим, чем у слоя гранул пемзы 12 в корзинах 11. 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) c модулем основности М>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, СО, СО₂), 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 через слой гранул пемзы 12, попадая на поверхность гранул 12 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО, СО₂), 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 SО₃. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды, образующейся в порах гранул 12, в результате капиллярной конденсации паров воды и конденсата, стекающего с крыши короба 1 (этот конденсат образуется в результате конденсации паров воды, находящихся в дымовых газах на внутренней поверхности крыши короба 1) 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 газы из верхней зоны короба 1 поступают в дефлектор 8, откуда выбрасываются в атмосферу. Дополнительное сопротивление, обусловленное наличием слоя гранул шлаковой пемзы и короба 1 между каналами дымоходов 5 и дымовыми трубами 7, компенсируется за счет конденсации значительной части водяных паров в коробе 1 на внутренней поверхности его крыши и в порах гранул 12, что значительно уменьшает объем 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). В результате теплообмена, одновременно с охлаждением и очисткой дымовых газов в коробе 1 и конденсацией водяных паров в них, за счет отводимого от них тепла, происходит подогрев верхнего перекрытия 2 здания и воздуха чердака, а образовавшийся кислый конденсат стекает вниз через слой гранул 12 и далее 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 как их кромка выше поверхности днища короба 1 на величину δ, значение которой выбирается из условия гарантированного предотвращения попадания конденсата в каналы дымоходов 5. Поступление кислого конденсата, полученного в результате конденсации водяных паров и обогащенного вредными компонентами дымовых газов, в сточные воды через канализационные стояки 6, снижает их рН и появление твердых отложений в угловых и горизонтальных участках труб канализационной сети, а происходящее при этом обогащение сточных вод СО₂ способствует процессам фотосинтеза [Комов В.П. и др. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с. 210] на полях орошения городских очистных сооружений.

Дымовые трубы УОУДГ 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. Обязательным условием должно быть наличие в коробе 1 канализационных стояков 6. Число коробов 1, общее число дымовых труб 7 на крыше определяются из соотношения площадей здания и короба 1. Размеры дымовых труб 7, площадь короба 1 и перфорированных корзин 11, объем гранул 12 и живое сечение перфорации в каждой из них, число перфорированных корзин 11, их размеры, высоты Н₁ и Н₂ определяются в зависимости от суммарной мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов. При этом аэродинамическое сопротивление перфорированных перегородок 10 должно быть больше сопротивления слоя гранулированного шлака 12, что регулируется величиной площади живого сечения перфорации перегородок 10, которое в то же время должно обеспечивать пропуск дымовых газов в дымовые трубы 7 при увеличении сопротивления слоя гранул пемзы 12, например, при уплотнении слоя гранул пемзы 12 в корзинах 11, которое может произойти из-за их старения и механического разрушения.

При падении активности адсорбента-гранул 12 их подвергают регенерации, которую осуществляют по мере необходимости. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 12 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 12 водопроводной водой из перфорированных снизу патрубков 13, соединенных с коллектором водопроводной воды 15, при открытии запорной арматуры 14. При механическом износе гранул 12 их заменяют на свежие. Периодичность и продолжительность промывки, время замены адсорбента определяются опытным путем.

Таким образом, предлагаемое УОУДГ 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 c модулем основности М>1, и проводить процессы регенерации адсорбента без остановки теплогенераторов по мере необходимости с высокой надежностью и эффективностью.