Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ СЖИГАНИИ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки дымовых газов, полученных от сжигания бытовых отходов.

Известна система подогрева воздуха уходящими газами с одновременной очисткой последних, включающая вращающийся роторный воздухоподогреватель, состоящий из короба, снабженного патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, ротора, заполненного насадкой (набивкой), и устройства очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, выполненные в виде дисковых роторов, частично погруженных в ванну с поглотительным раствором и размещенных по ходу движения газа за воздухоподогревателем [авт.св. СССР №1041808, МКл⁴ F23L 15/02, 1983].

Основными недостатками известной системы подогрева воздуха является сложность и громоздкость оборудования дополнительных устройств очистки, невозможность утилизации несгоревших остатков топлива и СО, что снижает экономическую и экологическую эффективность работы установки.

Более близким к предлагаемому изобретению является комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель (адсорбер), включающий короб, снабженный патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, в который помещен ротор с радиальными ячейками, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции, заполненной набивкой, выполненной из теплоемкого материала (металлических листов, огнеупорного кирпича, колец Рашига и т. д.) и примыкающей к холодной стороне секции очистки, состоящей из контейнера с перфорированным дном, в котором помещены гранулы пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков (адсорбента) с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб соединен с холодной стороны газового отсека с патрубком выхода дымовых газов через расширитель, снабженный коническим днищем и каплеотбойником [патент РФ №2494313, МПК F23L 15/02, 2013].

Основным недостатком известного регенеративного роторного воздухоподогревателя является невозможность очистки адсорбента от загрязнений, находящихся в дымовых газах, полученных при сжигании бытовых отходов и оседающих на нем в процессе работы, в результате чего эффективность очистки дымовых газов от вредных примесей резко уменьшается.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономической и экологической эффективности работы устройства для очистки дымовых газов, полученных от сжигания бытовых отходов.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки дымовых газов, полученных от сжигания бытовых отходов, содержит соединенные по ходу дымовых газов с транзитным газоходом теплообменник с коническим поддоном, охлаждаемый хладагентом (водой или наружным воздухом), и роторный адсорбер, состоящий из цилиндрического корпуса, крышка которого выполнена в виде двух полуконических крышек с патрубками разбрызгивателя промывочной воды и выхода очищенных дымовых газов, днище выполнено в виде двух полуконических днищ с патрубками выхода промывочной воды и входа охлажденных дымовых газов, в корпусе роторного адсорбера помещен ротор с радиальными ячейками, каждая из которых заполнена двумя слоями адсорбентов А1 и А2 высотой Н1 и Н2 соответственно, причем верхний слой А1 представляет собой гранулы пемзы металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, а нижний слой А2 представляет собой крошку активного антрацита с аналогичным диаметром частиц.

Устройство для очистки дымовых газов, полученных от сжигания бытовых отходов, представлено на фиг. 1-4, где на фиг. 1 показана схема устройства, на фиг. 2, 3. 4 - общий вид и разрезы роторного адсорбера.

Устройство для очистки дымовых газов, полученных при сжигании бытовых отходов, включает в себя соединенные по ходу дымовых газов с транзитным газоходом I теплообменник II с коническим поддоном, охлаждаемый хладагентом (водой или наружным воздухом), и роторный адсорбер III (привод на показан), состоящий из цилиндрического корпуса 1, крышка которого выполнена в виде двух полуконических крышек 2 и 3 с патрубками разбрызгивателя промывочной воды 4 и выхода очищенных дымовых газов 5 соответственно, днище выполнено в виде двух полуконических днищ 6 и 7 с патрубками выхода промывочной воды 8 и входа охлажденных дымовых газов 9, в корпусе 1 роторного адсорбера III помещен ротор 10 с радиальными ячейками 11, каждая из которых заполнена двумя слоями адсорбентов А1 и А2 высотой Н1 и Н2 соответственно, причем верхний слой А1 представляет собой гранулы пемзы металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, а нижний слой А2 представляет собой крошку активного антрацита с аналогичным диаметром частиц.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Дымовые газы котельного агрегата (на фиг.1-4 не показан) из транзитного газохода I с температурой 120-150^°С поступают в теплообменник II, который охлаждается хладагентом (наружным воздухом или сетевой водой) до конечной температуры 90-100^°С, в результате чего в них происходит конденсация части паров воды и других компонентов, которые образуют конденсат, стекающий вниз, после чего охлажденные дымовые газы подаются в роторный адсорбер III. При этом в теплообменнике II хладагент воспринимает тепло дымовых газов, в результате чего это тепло можно использовать для различных целей. В роторном адсорбере III охлажденные дымовые газы из полуконического днища 7 по мере вращения ротора 10 распределяются по ячейкам 11, в слой Н2 адсорбента А2, заполненный крошкой активного антрацита, в котором происходит адсорбция СО, хлористых соединений и органических примесей (полиароматических соединений и пр.), после чего поступают в слой Н1 адсорбента А2, заполненный гранулами пемзы 8 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул и крошки антрацита назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления ячеек 11 и номенклатуры размеров гранул металлургической пемзы). Крошка активного антрацита представляет собой достаточно прочное вещество, состоящее из множества различных органических соединений, которые сорбируют СО, хлористые соединения, а также органические соединения, присутствующие в дымовых газах из условий сродства к ним. В то же время активный антрацит является безопасным с санитарной точки зрения веществом, что доказано его использованием в качестве фильтрующей загрузки для очистки воды [патент РФ №2177906, 2002]. Гранулы металлургической пемзы представляют собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из окиси кальция, окиси кремния, окиси алюминия и частично из окиси магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) c модулем основности М>1 и высоким значением коэффициента теплоемкости [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 металлургической пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и многие примеси в дымовых газах, полученных при сжигании бытовых отходов (кислоты, амины, аммиак, NO_x, SO_x, СО, соединения хлора и пр.). Кроме того, исходя из своего состава металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Дымовые газы, двигаясь снизу верх через гранулы шлака, которые также способны аккумулировать тепло, одновременно охлаждаются с дальнейшей конденсацией водяных паров с образованием конденсата, проникающего в поры гранул адсорбента, в которых за счет предыдущего цикла остаются капли кислого конденсата. Адсорбированные компоненты (например, оксиды азота и серы, хлористые соединения) в порах гранул обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента - гранул шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом со скоростью большей, чем в газовой фазе, с образованием легкорастворимых в воде NO₂ и SО₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с каплями воды с образованием соответствующих кислот HNO₃, H₂SO₄ и НCl, которые накапливаются в порах адсорбента - гранулированного шлака, после чего очищенные и охлажденные дымовые газы с температурой 50-60^°С через полуконическую крышку 3 и патрубок 5 направляются в дымовую трубу (на фиг. 1-4 не показана) и далее выбрасываются в атмосферу. Одновременно ячейки 11 с насыщенными адсорбентами А1 и А2 в результате вращения ротора 10 поступают в отсек полуконической крышки 2, где из патрубка 4 ячейки 11 орошаются промывочной водой, которая поглощает водорастворимые компоненты (кислоты, амины, аммиак и пр.), присутствующие в нем. Насыщенная промывочная вода и конденсат из теплообменника II удаляются на дальнейшую переработку.

Высоты Н1 и Н2 адсорбентов А1 и А2, расход воды на промывку (регенерацию адсорбентов) определяют опытным путем.

Таким образом, использование процесса адсорбции для очистки дымовых газов, полученных при сжигании бытовых отходов, которые содержат чрезвычайно разнообразный и опасный спектр вредных примесей, дешевыми и доступными адсорбентами - крошкой активного антрацита и гранулированным доменным шлаком - в роторном адсорбере и удаление этих примесей из адсорбентов промывкой водой позволяет повысить экономическую и экологическую эффективность предлагаемого устройства.