Результат интеллектуальной деятельности: Санитарная приставка для теплогенераторов систем автономного теплоснабжения

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов теплогенераторов крышных котельных и систем квартирного отопления от вредных примесей.

Известно энергосберегающее устройство для очистки дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления, содержащее 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 (перфорированных емкостей), 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 [Патент РФ №2500867, 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.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки и утилизации дымовых газов группы теплогенераторов систем квартирного отопления содержит короб, выполненный из коррозионностойкого материала, соединенный на противоположных кромках с атмосферой через дымовые трубы, снабженными 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 [Патент РФ №2581072, МПК Е04 Н12/28, F23 J15/02, 2016]

К основным недостаткам известного устройства относятся соединение днища короба с каждым каналом дымоходов и каждым канализационным стояком через индивидуальные отверстия, усложняющее конструкцию устройства, его монтаж по месту установки и приводящее к попаданию промывочной воды в каналы дымоходов, вызывающее нарушение режима горения в топках теплогенераторов, а также снижение самотяги (особенно в безветренную погоду, когда дефлектор не работает), обусловленное снижением температуры дымовых газов и сопротивлением устройства, что снижает надежность и эффективность его работы.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение надежности и эффективности санитарной приставки для теплогенераторов систем автономного теплоснабжения.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая санитарная приставка для теплогенераторов систем автономного теплоснабжения содержит короб, выполненный из коррозионностойкого материала, уложенный на верхнее перекрытие здания, соединенный на боковых кромках с атмосферой через дымовые трубы высотой Н, обепечивающей самотягу для преодоления аэродинамического сопротивления вышеупомянутой санитарной приставки, снабженными дефлекторами, причем внутри короба на переменной высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки и вертикальные перфорированные перегородки перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, над корзинами на высоте Н₂ под крышкой короба расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки, соединенные снаружи короба через запорную арматуру с коллектором водопроводной воды, передняя кромка короба соединена с газо–канализационным коллектором, причем днище короба выполнено с уклоном I равным углу естественного откоса воды, направленным в сторону газо–канализационного коллектора, днище которого снабжено отверстиями, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов и канализационных стояков, в котором верхние кромки труб индивидуальных дымоходов расположены выше уровня поверхности днища газо–канализационного коллектора на величину δ, а верхние кромки канализационных стояков расположены на уровне поверхности его днища.

Предлагаемая санитарная приставка для теплогенераторов систем автономного теплоснабжения (СПТГ) представлена на фиг. 1–5 (фиг. 1– 3 -общий вид и разрезы, фиг. 4,5 – узел укладки корзин, стыковки с днищем короба каналов дымоходов теплогенераторов и дымовой трубы).

Примечание. На фиг. 1–5 приведен пример схемы СПТГ для системы поквартирного отопления.

Предлагаемое СПТГ содержит короб 1, выполненный из коррозионностойкого материала, уложенный на верхнее перекрытие 2 здания, соединенный на боковых кромках с атмосферой через дымовые трубы 3 высотой Н, обепечивающей самотягу для преодоления аэродинамического сопротивления вышеупомянутой санитарной приставки, снабженными дефлекторами 4, причем внутри короба на высоте Н₁ от его днища уложены на опорные планки 5 и вертикальные перфорированные перегородки 6 перфорированные корзины 7, заполненные гранулами пемзы 8, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, над корзинами 7 на высоте Н₂ под крышкой короба 1 расположены промывочные, перфорированные снизу, патрубки 9, соединенные снаружи короба 1 через запорную арматуру 10 с коллектором водопроводной воды 11, передняя кромка короба 1 соединена с газо–канализационным коллектором 12, причем днище короба 1 выполнено с уклоном I равным углу естественного откоса воды, направленным в сторону газо–канализационного коллектора 12, днище которого снабжено отверстиями 13 и 14, соединенными с каналами индивидуальных дымоходов 15 и канализационных стояков 16, в котором верхние кромки труб индивидуальных дымоходов 15 расположены выше уровня поверхности днища газо–канализационного коллектора 12 на величину δ, а верхние кромки канализационных стояков расположены на уровне поверхности его днища.

СПТГ работает следующим образом (приведен пример работы группы теплогенераторов системы поквартирного отопления). Дымовые газы группы теплогенераторов (на фиг. 1–5 не показаны) жилого здания по трубам дымоходов 15 через газо–канализационный коллектор 12 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. 1–5 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 7, двигаясь, в основном, вертикально. Далее дымовые газы проникают через отверстия в днищах перфорированных корзин 7, заполненных гранулами 8 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 8 назначен из условий максимального заполнения корзин 7 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). Шлаковая пемза 8, 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 8 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 8 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при различных температурах. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 8 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Поток дымовых газов, проходя через слой гранул пемзы 8, попадая на их поверхность и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО, СО₂), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 8. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 8 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента–гранул 8 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 8 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 8 оседают, находящиеся в дымовых газах мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные дымовые газы из верхней зоны короба 1 поступают в дымовую трубу 8, снабженную дефлектором 4, 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, высотой дымовой трубы 3 Н и дополнительной тягой, 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 15, коробе 1 и дымовых трубах 3). В безветренную погоду, когда дефлектор не функционирует, тяга обевпечивается высотой трубы Н. 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 (технического этажа), а образовавшийся кислый конденсат, стекает вниз через слой гранул 8 и далее по наклонному днищу короба 1 с уклоном I, направленным в сторону газо–канализационного коллектора 12, поступает в канализационные стояки 16, кромки которых расположены на уровне днища газо–конденсационного коллектора 12, 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 газо–конденсационного коллектора 12, кислый конденсат не затекает в каналы дымоходов 15, так их кромка выше поверхности днища коллектора 12 на величину δ, значение которой выбирается из условия гарантированного предотвращения попадания конденсата в каналы дымоходов 15. Поступление кислого конденсата, полученного в результате конденсации водяных паров и обогащенного вредными компонентами дымовых газов, в сточные воды через канализационные стояки 16, 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 3 СПТГ размещают по кромкам обоих скатов крыши для того, чтобы дефлекторы 4 противоположных рядов труб 3 при изменении направления ветра могли компенсировать друг друга. Размеры одного короба 1 и число дымовых труб 3 на нем зависят от количества и мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, числа каналов дымоходов 15, расстояния между ними и определяется технико–экономическим расчетом. Обязательным условием должно быть наличие в коллекторе 12 канализационных стояков 16 или трубопроводов, соединенных с ними. Число коробов 1, общее число дымовых труб 3 на крыше определяются из соотношения площадей здания и короба 1. Размеры дымовых труб 3, площадь короба 1 и перфорированных корзин 7, объем гранул 8 и живое сечение перфорации в каждой из них, число перфорированных корзин 8, их размеры, высоты Н₁ (высота Н₁ изменяется в по длине короба1) и Н₂ определяются в зависимости от суммарной мощности обслуживаемой группы теплогенераторов, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов. При этом высота Н дымовых труб 3 должна обеспечивать необходимую величину самотяги даже в безветренное время для преодоления аэродинамического сопротивления СПТГ.

При падении активности адсорбента–гранул 8 их подвергают регенерации, которую осуществляют по мере необходимости. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 8 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 8 водопроводной водой из перфорированных снизу, патрубков 9, соединенных с коллектором водопроводной воды 11, при открытии запорной арматуры 10. Периодичность и продолжительность промывки, время замены адсорбента определяются опытным путем. При этом, в процессе регенерации исключено попадание промывочной воды в каналы дымоходов 15, что исключает опасность нарушения топочного режима в теплогенераторах и, таким образом, повышает надежность их работы. При механическом износе гранул 8 их заменяют на свежие.

Устройство, работа и регенерация санитарной приставки для крышной котельной аналогичны вышеописанному, за исключением того, что в газо–конденсационном коллекторе 12 нахолятся один канал дымохода 15 и один канализационный стояк 16.

Таким образом, предлагаемое СПТГ обеспечивает очистку дымовых газов группы теплогенераторови системы квартирного отопления или одного теплогенератора крышной котельной 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.