Результат интеллектуальной деятельности: Санитарная насадка для дымовой трубы

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов печей, сжигающих биологические материалы, от вредных примесей и одорантов.

Известна насадка для дымовой трубы, содержащая корпус, состоящий из технологической секции, верхнего и нижнего стыковочных узлов, с размещенными внутри его на верхней и нижней границах технологической секции верхней и нижней съемными решетками, между которыми установлены съемные вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры, образующие между собой вертикальные зигзагообразные газовые каналы, причем внутренняя поверхность технологической секции покрыта изнутри перфорированным кожухом с образованием между ним и внутренней поверхностью технологической секции полости, при этом вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры и полость заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, вертикальные зигзагообразные перфорированные контейнеры и плоский перфорированный кожух выполнены из коррозионностойкого материала, а верхний и нижний стыковочные узлы соединены с дефлектором и дымовой трубой, соответственно [Патент на полез. модель РФ №143738, МПК В01 D53/60, 2014].

Основным недостатком известной насадки являются высокое аэродинамическое сопротивление, необходимость подвода воды для периодической регенерации непосредственно по месту размещения насадки и недостаточная очистка сбросных газов от одорантов, выделяемых при сжигании биологических материалов, что усложняет ее конструкцию, снижает надежность и эффективность ее работы.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является экологичная насадка для дымовой трубы содержащая корпус, выполненный из коррозионностойкого материала, в виде вертикального цилиндрического тороидального перфорированного со всех сторон, патрубка, полость которого заполнена гранулами пемзы , изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, снабженный снизу внутренним вертикальным установочным кольцом 3, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти, на тороидальный патрубок надет дефлектор, диаметр конической крышки которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка, а сам патрубок вставлен установочным кольцом вовнутрь устья дымовой трубы, снабженного наружным кольцевым наклонным козырьком, причем углы наклона конической крышки дефлектора и наклонного козырька равны углу естественного откоса воды [Патент РФ №2717060, МПК В01 D53/60, 2020].

Основными недостатками известной экологичной насадки являются недостаточная очистка сбросных газов от одорантов, выделяемых при сжигании биологических материалов и слабая механическая прочность корпуса, что снижает эффективность и надежность ее работы.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности и надежности санитарной насадки для дымовой трубы.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая санитарная насадка для дымовой трубы содержит корпус, выполненный из коррозионностойкого материала в виде вертикального цилиндрического тороидального патрубка, перфорированного с внутренней и наружной сторон, закрытого с верхнего и нижнего торца верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами, снабженного снизу внутренним вертикальным установочным кольцом, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти, наружный периметр нижнего торцевого кольца снабжен наружным кольцевым наклонным козырьком, угол наклона которого равен углу естественного откоса воды, полость патрубка разделена вертикальными перегородками, соединенными с верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами, образуя шлаковую и угольную вертикальные секции, причем верхнее горизонтальное кольцо перфорировано на участках, закрывающих шлаковые секции, которые заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, угольная секция закрыта сверху сплошным участком торцевой горизонтальной секции и заполнена гранулами активированного угля, а сам патрубок вставлен установочным кольцом вовнутрь устья дымовой трубы, а на тороидальный патрубок надет дефлектор, диаметр конической крышки которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка, а угол наклона равен также углу естественного откоса воды.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид санитарной насадки для дымовой трубы (СНДТ), на фиг. 2, 3 - ее поперечные разрезы, на фиг. 4 - узел стыковки СНДТ с дымовой трубой.

СНДТ содержит корпус, выполненный из коррозионностойкого материала в виде вертикального цилиндрического тороидального патрубка 1, перфорированного с внутренней и наружной сторон, закрытого с верхнего и нижнего торца верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами 2 и 3, снабженного снизу внутренним вертикальным установочным кольцом 4, к которому по внутреннему периметру прикреплены направляющие лопасти 5, наружный периметр нижнего торцевого кольца 3 снабжен наружным кольцевым наклонным козырьком 6, угол наклона которого равен углу естественного откоса воды, полость патрубка 1 разделена вертикальными перегородками 7, соединенными с верхним и нижним торцевыми горизонтальными кольцами 2 и 3, образуя шлаковую 8 и угольную 9 вертикальные секции, причем верхнее горизонтальное кольцо 2 перфорировано на участках 10, закрывающих шлаковые секции 8, которые заполнены гранулами пемзы 11, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, угольная секция 9 закрыта сверху сплошным участком 12 торцевой горизонтальной секции 2 и заполнена гранулами активированного угля 13, а сам патрубок 1 вставлен установочным кольцом 4 вовнутрь устья дымовой трубы 14. причем на тороидальный патрубок 1 надет дефлектор 15, диаметр конической крышки 16 которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка 1, а угол наклона равен также углу естественного откоса воды.

Примечание. 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 шлаковой пемзы 11 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), а высокая пористость их структуры создает высокую удельную поверхность, что, в конечном итоге, позволяет использовать гранулы 11 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при температуре выше точки росы. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 11 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и дешевы.

Активированный уголь в настоящее время широко применяют в пищевой промышленности, при очистке питьевой воды, в газоочистке, в медицине и фармацевтике, в технологических процессах. В частности, активированный уголь используют для нейтрализации пахучих веществ (одорантов). ). [К. Неницеску Общая химия. - М. Мир: 1968, с. 369], [Ю.И. Шумяцкий. Адсорбционные процессы. Уч. пособие. - М.: Российский химико-технологический ун-т, 2005, с. 10-14, ГОСТ 6217-74]. Кроме того, активированный уголь относительно недорогой и доступный продукт.

Предлагаемая СНДТ работает следующим образом. Дымовые газы печи из дымовой трубы 14 на выходе закручиваются при прохождении направляющих лопастей 5, после чего, вращающийся газовый поток, поступает в перфорированный тороидальный патрубок 1, где за счет вращения дымовые газы проникают через отверстия в стенках перфорированного патрубка 1 в секции 8 и 9, заполненного гранулами 11 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 7 назначен из условий максимального заполнения полости патрубка 1 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы) и гранулами активированного угля 13. Поток дымовых газов, проходя патрубок 1 и многократно попадая на поверхность гранул 11 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 7. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 11 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул 11 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 и биологического материала) 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 11 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 11 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.). Одновременно, вращающийся газовый поток, поступает в перфорированные отверстия угольных секций 9, заполненных гранулами активированного угля 13, диаметром от 5 до 10 мм (диаметр гранул 13 назначен из условий максимального заполнения полости патрубка 9 и стандартной номенклатуры размеров гранул активированного угля). Поток дымовых газов, проходя патрубок 1, многократно попадая на поверхность гранул 13 и вовнутрь их, очищается от пахучих примесей (сероводород, меркаптаны, альдегиды, некоторые эфиры, различные углеводороды, образованные при сжигании биологических материалов), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 13. Далее очищенные газы поступают в дефлектор 15, откуда выбрасываются в атмосферу.

При этом, дополнительная тяга, которую создает дефлектор 15 [В. Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II.-М.; Стройиздат, 1978, с. 309] используется на преодоление сопротивления направляющих лопастей 5, не уменьшая тяги в дымовой трубе, пористая структура гранул 11 и 13, которыми заполнены секции 8 и 9 патрубка 1, создают надежную теплоизоляцию СНТД в зимнее время, а вертикальные перегородки 7 обеспечивают механическую прочность и, соответственно, надежность СНДТ.

Регенерация гранул шлаковой пемзы 11 осуществляется водой, поступающей с осадками из атмосферы. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 11 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул водой. Дождевая вода или талая вода из снега поступает в полость патрубка 1 с наклонной поверхности конической крышки 16 дефлектора 15. Проходя сверху-вниз через полость секций 8 патрубка 1, вода омывает гранулы 11 и поглощает адсорбированные вредные компоненты на поверхности и в порах гранул 11 , в результате чего для регенерации не требуется подвод промывочной воды. Вода, насыщенная вредными компонентами, вымытыми из гранул в секциях 8, патрубка 1, стекает оттуда по наклонному козырьку 6 на крышу здания (на фиг. 1-4 не показана), откуда попадает в ливневую канализацию, смешиваясь с остальными стоками. Одновременно через перфорацию патрубка 1 в секциях 9 происходит обдувка наружным воздухом гранул активированного угля 13, взаимодействие адсорбированных компонентов с кислородом воздуха и дымовых газов, а также частичное удаление полученных соединений с потоком дымовых газов. После нескольких месяцев работы отработанный активированный уголь заменяют на свежий.

Размеры СНДТ, количество секций 8 и 9, а также суммарный объем гранул 11 и 13, определяются в зависимости от мощности печи, расхода и вида топлива, вида сжигаемого биологического материала, а также требуемой степени очистки дымовых газов.

Таким образом, предлагаемая конструкция санитарной насадки для дымовой трубы печи позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очищать дымовые газы от вредных примесей, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы и активированного угля, а в качестве регенерирующих веществ атмосферные осадки и наружный воздух, что повышает ее надежность и эффективность.