Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и сельскому хозяйству и может быть использовано для повышения урожайности в овощеводстве закрытого грунта совместно с очисткой и утилизацией газообразных продуктов сгорания теплоэнергетических установок и двигателей внутреннего сгорания.

Известна газовоздушная установка для создания микроклимата в теплицах, включающая огневую камеру с горелками для сжигания газа и распределительным коллектором, теплообменник, вентилятор, форсунки для распыления воды, трубопроводы с регулировочными заслонками, дымосос, в которой за счет тепла дымовых газов подогревается воздух и осуществляется его смешение с дымовыми газами для обогащения его углекислым газом перед подачей в теплицу [А.с. СССР №18451, МКл.⁴ А 01G, бюл. №14, 1966].

Основными недостаткам известного устройства являются невозможность очистки в нем дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы перед подачей их в теплицу, присутствие которых в обогреваемом воздухе отрицательно влияет на развитие растений в теплице, что снижает экономические и экологические показатели установки.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки и комплексной утилизации дымовых газов, включающее зону обработки, соединенную с транзитным газоходом через отводной газоход, в которую входят вертикальный трубчатый теплообменник–абсорбер, состоящий из соединенных последовательно по газу в трубном пространстве сверху-вниз, воздухоподогревателя и конденсатора, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, а по газу с эжектором, газоходом рабочей смеси и теплицей, в крыше которой размещен дефлектор, причем межтрубное пространство воздухоподогревателя соединено с дутьевым воздуховодом, а межтрубное пространство конденсатора соединено с газоходом наружного воздуха и вентилятором [Патент РФ №2377058, МПК В 01 D 53/60, А 01G 9/18, бюл. №36, 2009].

Основным недостатком известного устройства является использование в зоне обработки трубчатых теплообменников, обусловливающее высокое аэродинамическое сопротивление установки и ее высокую стоимость, отсутствие камеры окисления, снижающее скорость окисления монооксидов азота до диоксидов, что в конечном счете уменьшает экономическую и экологическую эффективность известного устройства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности теплицы с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов.

Технический результат достигается в теплице с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов, включающей зону обработки, соединенную с транзитным газоходом и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход, вентилятора, эжектора, камеры окисления, снабженной распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором, и гидрозатвором, газовоздушного коллектора, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы, установленным на правый и левый ряды вертикальных пластинчатых теплообменников, примыкающих своими торцами к опорным стойкам, в крыше которого устроен дефлектор, при этом каждый вертикальный пластинчатый теплообменник состоит из вертикального прямоугольного корпуса с внутренней вертикальной перегородкой, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, причем вертикальная перегородка установлена с образованием нижней переточной щели, в верхней части внутренней стенки корпуса устроена горизонтальная распределительная щель, в верхней части наружной стенки корпуса вертикального пластинчатого теплообменника устроен газовоздушный штуцер, соединенный с правой или левой ветвью газовоздушного коллектора, в днище корпуса устроен штуцер слива конденсата, соединенный с правой или левой ветвью конденсатного коллектора, соединенного с камерой окисления через гидрозатвор и с анионитовым фильтром.

В основу работы предлагаемого устройства положены особенности состава дымовых и выхлопных газов теплоэнергетических агрегатов и двигателей внутреннего сгорания, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., диоксид углерода (7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975, с.15]; высокая скорость кислотообразования в условиях конденсации водяных паров нитрозных газов [Олевский В.М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности – М.: Химия, 1985, с.42], возможность использования азотнокислого натрия в качестве удобрения [Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. – Л.: Химия, 1983, с. 226] и способность растений в процессе фотосинтеза усваивать диоксид углерода с выделением кислорода [Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004, с.210]. Кроме того, нагрев воздуха в конденсаторе 2–й ступени 8, высота вытяжной трубы 13 с дефлектором 14 создают в вертикальных воздушных каналах 16 для воздушного потока самотягу [Ю. П. Гусев Основы проектирования котельных установок – М.: Стройиздат, 1977, с.143].

Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов (ТОКУСГ) изображена на фиг. 1–5 (фиг. 1 – общий вид ТОКУСГ, фиг. 2–4 – план и разрезы теплицы, фиг. 4 – узел теплообменника–газораспределителя 11).

Теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов (ТОКУСГ) содержит зону обработки, соединенную с транзитным газоходом 1 и состоящую из соединенных последовательно через отводной газоход 2, вентилятора 3, эжектора 4, камеры окисления 5 с размещенным в ней распределителем озоновоздушной смеси, соединенным с озонатором (на фиг. 1–5 не показаны) и гидрозатвором 6, газовоздушного коллектора 7, соединенного через свои правую и левую ветви с корпусом теплицы 8, установленным на правый и левый ряды 9 и 10 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 11, примыкающих своими торцами к опорным стойкам 12, в крыше которого устроен дефлектор 13, при этом каждый ВТПО 11 состоит из вертикального прямоугольного корпуса 14 с внутренней вертикальной перегородкой 15, которые изготовлены из прозрачного материала с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, причем вертикальная перегородка 15 установлена с образованием нижней переточной щели 16, в верхней части внутренней стенки корпуса 14 устроена горизонтальная распределительная щель 17, в верхней части наружной стенки корпуса 14 устроен газовоздушный штуцер 18, соединенный с правой или левой ветвью газовоздушного коллектора 7, в днище корпуса 14 устроен штуцер слива конденсата 19, соединенный с правой или левой ветвью конденсатного коллектора 20, соединенного с камерой окисления 5 через гидрозатвор 6 и с анионитовым фильтром 21.

Перед началом работы ТОКУСГ предварительно на нулевой отметке осуществляется монтаж правого 9 и левого 10 рядов ВТПО 11 между опорными стойками 12, к которым крепится корпус теплицы 8 (узлы крепления на фиг. 1–5 не показаны), после чего производится монтаж остального оборудования. Работа ТОКУСГ происходит следующим образом.

Сбросные газы теплогенерирующей установки или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (на фиг. 1–5 не показаны), количество которых обусловлено производительностью ТОКУСГ, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемым дымососом или ДВС, через отводной газоход 2 направляются в зону обработки в эжектор 4, в который также подается наружный воздух высоконапорным вентилятором 3 и где происходит смешение газов с наружным воздухом и снижение их температуры. Из эжектора 4 охлажденная газовоздушная смесь поступает в камеру окисления 5, где смешивается с озоновоздушной смесью, поступающей из озонатора и распределителя озоновоздушной смеси (на фиг. 1–5 не показаны), и происходит процесс окисления большей части монооксидов азота до диоксидов, начало процессов конденсации водяных паров и абсорбция образовавшимся конденсатом диоксидов азота, после чего газовоздушная смесь через правую и левую ветви газовоздушного коллектора 7 поступает в правый и левый ряды 9 и 10 вертикальных пластинчатых теплообменников (ВТПО) 11. В ВТПО 11 газовоздушная смесь окончательно охлаждается наружным воздухом с наружной стороны и внутренним воздухом теплицы 8 с внутренней стороны до температуры 40–45°С с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам ВТПО 11, в результате чего происходит окисление оставшихся монооксидов азота до высших с высокой скоростью, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров. Далее, окончательно очищенные и охлажденные газы через распределительные щели 17 ВТПО 11 направляются в теплицу 8, где в результате процесса фотосинтеза диоксид углерода усваивается растениями с выделением кислорода, одновременно интенсифицируя их рост, после чего газовоздушная смесь, обогащенная кислородом, за счет разрежения, создаваемого дефлектором 13, выбрасывается в атмосферу. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из ВТПО 11 и камеры окисления 6 через конденсатный коллектор 20 поступает в анионитовый фильтр 21, где очищается от кислотных компонентов и направляется в конденсатный бак (на фиг. 1–5 не показан), откуда используется для подпитки котельного агрегата или ДВС. После регенерации анионита анионитового фильтра 21 раствором NaОН получают водный раствор NaNO₃, который в качестве удобрения используется для повышения урожайности в теплице 8.

При этом отдельная окислительная камера 5 в ТОКУСГ позволяет увеличить скорость окисления оксидов азота, а замена трубчатых теплообменников рядами вертикальных пластинчатых теплообменников, являющихся как бы прозрачным фундаментом теплицы 8, охлаждаемых наружным воздухом снаружи и внутренним воздухом теплицы 8 изнутри за счет естественной тяги, создаваемой разностью его плотностей и дефлектором 13, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление по газу, значительно снизить температуру сбросных газов без дополнительной затраты энергии на транспортировку охлаждающего воздуха и упростить конструкцию устройства.

Таким образом, предлагаемая теплица с очисткой и комплексной утилизацией сбросных газов обеспечивает упрощение конструкции устройства, увеличение степени очистки сбросных газов, утилизацию их тепла для обогрева теплицы и доставку диоксида углерода, который усваивается растениями с выделением кислорода, что повышает экологическую и экономическую эффективность установки.