СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики и транспорта для очистки дымовых газов от содержащихся в нем аэрозольных частиц.

В литературе (см А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр. 164) описан способ очистки газов методом конденсации содержащихся в очищаемом газовом потоке паров. Конденсация паров обеспечивается путем охлаждения очищаемого газового потока с помощью специального хладоагента, который движется в межтрубном пространстве. Так как конденсация происходит на аэрозольных частицах, то в процессе конденсации аэрозольные частицы связываются сконденсированными каплями, и газ очищается. Вместе с тем, в процессе конденсации в известном способе задействована лишь только та часть газового потока, которая контактирует с охлажденными трубами. Что снижает эффективность очистки.

Известны способы очистки газового потока, в которых для инициирования процессов конденсации содержащихся в очищаемом газовом потоке используются электрические заряды (см. патенты РФ на изобретение №2175880 Ru, №2293597 Ru).

В патенте на изобретение №2175880 Ru процессы конденсации и сепарации паров совмещены и используется коронный разряд. В патенте РФ №2293597 Ru газовый поток с электрически заряженными аэрозольными частицами пропускаются через осадительный электрод, вьшолненный в виде пористой с открытыми порами перегородки. При прохождении газового потока через пористую поверхность осадительного электрода электрически заряженные аэрозольные частицы осаждаются на порах осадительного электрода. Известные способы имеет высокую эффективность для очистки увлажненных газовых потоков. Эффективность реализации известных способов определяется в значительной степени степенью пересыщения паров очищаемого газового потока. Электрические заряды, локализованные на аэрозольных частицах, инициируют процессы конденсации. Увлажняются даже самые мелкие аэрозоли, чем и достигается высокая степень очистки.

Вместе с тем, как известно коронный разряд сам является источником загрязнения газового потока мелкодисперсными аэрозолями. См. Л.И. Толпыгин и др. О перспективах возможности очистки воздуха от аэрозольных частиц посредством неоднородного электрического поля. Экология и промышленность России. Октябрь, 2014 г., стр. 48-51.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому относится способ очистки газового потока, изложенный в патенте РФ №2583459Ru. Известный способ заключается в конденсации содержащейся в очищаемом газовом потоке парообразной влаги путем смешения очищаемого газа с атмосферным воздухом во внутреннем объеме заземленного пористого электрода, установленного с зазором над выходным отверстием устройства выброса очищаемого газа в атмосферу с последующим осаждением образуемых капель конденсата на поверхности пор осадительного электрода. Смешение очищаемого газа с атмосферным воздухом осуществляют путем добавления в струю очищаемого газа атмосферного воздуха из проходящего над выходным отверстием устройства выброса очищаемого газа в атмосферу ветрового потока. Ветровой поток набегает на выходящую струю очищаемого газа и смешивается с ним. Кроме того, в очищаемый газ добавляется атмосферный воздух из воздушного потока, поднимающегося вдоль наружной поверхности дымовой трубы. Конденсация паров происходит во всем объеме очищаемого газа на содержащихся в нем аэрозольных частицах. Образуемые при этом капли конденсата превышают размер сепарируемых аэрозольных частиц, легко сепарируются в порах осадительного электрода, выводятся из очищаемого газового потока, что позволяет обеспечить высокую степень очистки.

Как известно, эффективность конденсации паров на аэрозольных частицах при прочих равных условиях определяется степенью пересыщения паров. Чем выше степень пересыщения паров, тем на более мелких частицах осуществляется конденсация, и тем выше эффективность очистки. Степень же пересыщения паров в свою очередь определяется тем, насколько удается охладить очищаемый газ в течение незначительного времени его пребывания в объеме смешения с атмосферным воздухом до выхода в область сепарации капель. Значение же параметров атмосферного воздуха, с которым смешивается очищаемый газ, изменяется в зависимости от погодных условий, что не позволяет обеспечить оптимальные условия для конденсации содержащейся в очищаемом газе парообразной влаги, что снижает эффективность очистки. Кроме того, в условиях отрицательного значения температуры окружающего воздуха возможны процессы замерзания сепарируемой влаги и прекращение работоспособности фильтра.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности очистки.

Для достижения заявленной цели, в известном способе очистки от аэрозольных частиц выходящих из дымовой трубы газов, заключающемся в смешении струи очищаемого газового потока с окружающим потоком атмосферного воздуха и сепарации образуемых капель конденсата, в процессе очистки контролируют температуру образуемых капель конденсата, температуру и направление движения окружающего атмосферного воздуха и регулируют объемы атмосферного воздуха, поступающие для смешения с потоком очищаемого газа, до значений, при которых температура капель конденсата имеет минимально возможное положительное значение.

Технический эффект достигается за счет того, что предлагаемый способ позволяет учитывать особенности атмосферного воздуха, поступающего различными путями в выходящую из дымовой трубы струю очищаемого газа. Натекающий на струю ветровой поток из проходящего над срезом трубы ветрового потока, холодный. А атмосферный воздух, поднимающийся снизу вследствие нагрева его от стен трубы вдоль поверхности трубы, является теплым. Путем регулирования соотношений объемов теплого и холодного атмосферного воздуха, поступающих для смешения с очищаемым газом в условиях различных значений температуры и скоростей движения окружающего воздуха обеспечиваются наиболее оптимальные условия для конденсации влаги на содержащихся в очищаемом газе аэрозольных частицах, при котором в процесс конденсации вовлекается максимально возможное количество аэрозольных частиц. Повышается эффективность очистки. Кроме того, в условиях отрицательных значений температуры окружающего воздуха предлагаемый способ позволяет сократить до минимума добавление морозного воздуха, обеспечивая охлаждение очищаемых газов более теплым, поступающим вдоль поверхности трубы атмосферным воздухом и снизить вероятность замерзания сконденсированных капель жидкости и сохранить работоспособность фильтра.

На рис. 1 представлена условная схема устройства, которое может послужить иллюстрацией для описания работы предлагаемого способа очистки. Устройство включает в себя каплеуловитель 1, установленный над срезом дымовой трубы 2. Каплеуловитель 1 выполняется по известным схемам, например, в виде соосной дымовой трубе 2 пористой цилиндрической конструкции свободной для прохождения натекающего на выходящую из дымовой трубы 2 струю очищаемого газа ветрового потока атмосферного воздуха (на рис. обозначен W). Внутренняя образующая поверхности каплеуловителя 1, примыкающей к срезу дымовой трубы, выполнена размером, превышающим внешние габариты верхнего среза дымовой трубы, и охватывает внешние габариты дымовой трубы с гарантированным зазором Δ. Схема каплеуловителя 1 может быть выполнена аналогично известным схемам фильтрации газовых потоков от жидких примесей, см., например, http://www.oniniteh.ru/ru/processes/; http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=8811. а также по схемам, описанным в патенте РФ №2583459Ru. На оси каплеуловителя установлена ветровая диафрагма, которая выполнена, в виде отдельных воздухонепроницаемых концентрических сегментов 3, установленных с возможностью их смещения как друг относительно друга, так и всем вместе по окружности вокруг поверхности каплеуловителя 1. Конструкция ветровой диафрагмы позволяет с помощью специального привода 4 разворачивать воздухонепроницаемые сегменты 3 друг относительно друга (увеличивая или уменьшая площадь образуемой защитной диафрагмы) и ориентировать всю воздухонепроницаемую конструкцию ветровой диафрагмы в любое, наперед заданное положение относительно ветрового потока ветрового потока наружного воздуха W. Либо раздвигать воздухонепроницаемые сегменты 3 друг относительно друга, устанавливать образуемую конструкцию поперек ветрового потока, закрывать и обеспечивать изоляцию каплеуловителя 1 от попадания в его внутренний объем ветрового потока наружного воздуха W. Либо складывать воздухонепроницаемые сегменты 3 друг в друга и устанавливать образуемую конструкцию диафрагмы 3 вдоль ветрового потока, открывая беспрепятственный проход ветровому потоку к конструкции каплеуловителя 1, обеспечивая тем самым возможность ветровому потоку наружного воздуха W беспрепятственно проникать во внутренний объем каплеуловителя 1. В нижней части каплеуловителя 1, от образующей его внутренней поверхности вниз" вдоль дымовой трубы 2 с зазором относительно ее внешней поверхности установлен воздухоподводящий кожух 5, образуя канал для подвода атмосферного воздуха во внутренний объем каплеуловителя 1 вдоль внешней стены дымовой трубы (на рис. 1 обозначен стрелками В). Воздухоподводящий кожух 5 может быть выполнен в виде телескопически вставленных друг в друга защитных кожухов, что позволяет регулировать длину воздухоподводящего кожуха 5, увеличивать время контакта подводящего во внутренний объем атмосферного воздуха с теплой стенкой дымовой трубы и повышать его температуру. Площадь проходного сечения в зазоре между воздухоподводящим кожухом и поверхностью дымовой трубы перекрывается нижней диафрагмой 6, выполненной в виде конструкции, позволяющей регулировать степень перекрытия проходного сечения. Схемное решение выполнения нижней диафрагмы 6 может быть различным. Главное, чтобы ее конструкция позволяла регулировать площадь проходного сечения в зазоре между воздухоподводящим кожухом и поверхностью дымовой трубы. Например, нижняя диафрагма 6 может быть выполнена, например, в виде двух прилегающих друг к другу пластин, выполненных по контуру проходного сечения между воздухоподводящим кожухом и наружной поверхностью дымовой трубы 2, в которых зеркально друг относительно друга с определенным шагом выполнены сквозные сегментные вырезы, размер которых не превышает половины установленного шага. При совмещении вырезов обоих пластин обеспечивается максимальное значение проходного сечения нижней диафрагмы 6. При сдвиге же пластин друг относительно друга на половину установленного шага, обеспечивается полное перекрытие проходного сечения нижней диафрагмы 6. Для обеспечения сдвига друг относительно друга пластин и, соответственно регулирования площади проходного сечения, нижняя диафрагма 6 снабжена своим приводом 7. Путем вращения пластины нижней диафрагмы 6 и сдвига ее относительно другой пластины с помощью специального привода 7 обеспечивается закрытие пространства зазора между поверхностью дымовой трубы 2 и защитными кожухами 5 для проникновения атмосферного воздуха (на рис. 1 обозначенного стрелками В) во внутренний объем каплеуловителя 1, либо его открытие. Кроме того, устройство снабжено датчиками температуры каплеуловителя и температуры сепарируемых капель жидкости 8, устанавливаемых в нижней части каплеуловителя 1, а также датчиком температуры окружающего воздуха 9 и датчиком направления ветрового потока 10, которые могут быть установлены на верхней части каплеуловителя 1.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Процесс очистки предваряют замером температуры окружающего воздуха с помощью датчика температуры окружающего воздуха 9 и направление скорости ветрового потока на уровне верхнего среза дымовой трубы 2 с помощью датчика направления ветрового потока 10. При положительном значении температуры окружающего воздуха включают привод 4 и складывают воздухонепроницаемые сегменты 3 друг в друга и устанавливают образуемую конструкцию диафрагмы 3 вдоль ветрового потока, открывая беспрепятственный проход ветровому потоку наружного воздуха W к конструкции каплеуловителя 1. Ветровой поток наружного воздуха W беспрепятственно проникает во внутренний объем каплеуловителя 1 и смешивается с выходящим из дымовой трубы газовым потоком. Температура газового потока падает, На содержащихся в газовом потоке аэрозольных частицах происходит конденсация содержащихся в очищаемом газовом потоке паров жидкости, и образуются капли конденсата. Сформировавшаяся во внутреннем объеме каплеуловителя 1 газокапельная смесь проходящим ветровым потоком наружного воздуха W через пористую поверхность каплеуловителя 1 выдувается наружу. Капли конденсата задерживаются в порах и отделяются от газового потока. Очищенный от аэрозолей газ уходит в окружающую атмосферу. С помощью датчика температуры каплеуловителя и температуры сепарируемых капель жидкости 8 производят замер температуры отделенных от газового потока капель жидкости. Изменяя длину воздухоподводящего кожуха 5 и площадь проходного сечения нижней диафрагмы 6, регулируют объемом атмосферного воздуха, поступающего во внутренний объем каплеуловителя 1 через пространство в зазоре между воздухоподводящим кожухом и поверхностью дымовой трубы 2 (на рис. 1 обозначен стрелками В). Устанавливают такое значение регулируемых параметров (длина воздухоподводящего кожуха 5 и площадь проходного сечения нижней диафрагмы 6), при которых температура образуемых капель будет иметь минимальное свое значение. Чем ниже температура, тем больше значение пересыщения содержащихся в очищаемом газе конденсируемых паров, тем выше вероятность конденсации паров на аэрозолях и, соответственно выше эффективность очистки. При отрицательных значениях температуры окружающего воздуха процесс очистки предваряют максимальным ограничением объемов атмосферного воздуха, поступающих для смешения с потоком очищаемого газа. С помощью датчика температуры окружающего воздуха 9 и датчика направления ветрового потока 10 замеряют значение температуры окружающего воздуха и направление движения ветрового потока, а с помощью датчика температуры каплеуловителя 1 и температуры сепарируемых капель жидкости 8 определяют значение температуры поверхности каплеуловителя 1. Полностью перекрываются ветровая диафрагма 3 и нижняя диафрагма 6. Воздухонепроницаемые сегменты 3 ветровой диафрагмы раздвигаются друг относительно друга на максимальный ход, и устанавливаются с наветренной стороны каплеуловителя 1 поперек ветровому потоку наружного воздуха W, закрывая тем самым каплеуловитель 1 от попадания в его внутренний объем натекающего ветрового потока. Телескопически вставленные друг в друга защитные кожуха 5 выдвигаются на максимально возможный ход, обеспечивая максимальное значение длины промежутка зазора между кожухом и наружной поверхностью дымовой трубы 2. Пластины диафрагмы 6 сдвигаются друг относительно друга в положение, обеспечивающее полное перекрытие проходного сечения нижней диаграммы 6. Выходящий из дымовой трубы 2 подлежащий очистке газовый поток проходит через внутренний объем каплеуловителя 1 и выходит наружу в атмосферное пространство через его пористую перегородку с подветренной стороны. Охлаждаясь на стенках пор каплеуловителя 1, содержащаяся в очищаемом газе парообразная влага конденсируется. Конденсация происходит на содержащихся в очищаемом газе аэрозольных частицах и на стенках пор каплеуловителя 1. Образуемые капли конденсата стекают по пористой поверхности каплеуловителя 1 вниз и выводятся из потока. Очищенный газ выходит в атмосферу. При проходе через пористую перегородку очищаемый газ нагревает ее, повышается температура сконденсированных капель. При получении информации от датчика температуры каплеуловителя и температуры сепарируемых капель жидкости 8 о превышении температуры сконденсированных капель верхнего наперед заданного значения температуры начинают увеличивать площадь проходного сечения нижней диаграммы 6. Увеличение площади проходного сечения нижней диаграммы 6 осуществляют до достижения температуры сконденсированных капель нижнего наперед заданного значения температуры. Верхнее и нижнее наперед заданные значения температуры - это оптимальный диапазон значений температуры, обеспечивающий максимальное значение эффективности фильтрации. Нижнее наперед заданное значение температуры устанавливается из условия исключения вероятности замерзания сепарируемых капель на всем пути их вывода из системы очистки. И определяется конструктивными особенностями всей дренажной системы отвода от фильтра сконденсированной влаги в систему утилизации отходов. Исходя из предварительных расчетов, нижнее наперед заданное значение температуры должно быть не менее ~2°С. Диапазон значений температуры, и, соответственно, верхнее наперед заданное значение температуры определяется конструктивными и динамическими возможностями системы регулирования приводами 4 и 7. Его значение определяется на стадии проектирования по известным алгоритмам создания систем автоматического регулирования и может составлять порядка ~10°С. Если при полном открытии площади проходного сечения нижней диафрагмы 6 значение температуры сконденсированных капель превышает верхнее наперед заданное значение температуры, сокращают длину воздухоподводящего кожуха 5. Если и при минимальном значении воздухоподводящего кожуха 5 значение температуры сконденсированных капель превышает верхнее, наперед заданное значение температуры, открывают ветровую диафрагму 3. Складывают воздухонепроницаемые сегменты 3 друг в друга и устанавливают образуемую конструкцию диафрагмы 3 вдоль ветрового потока. Открытие ветровой диафрагмы 3 осуществляют до тех пор, пока значение температуры сконденсированных капель не опустится до нижнего, наперед заданного значения температуры. При невозможности в сложившихся метеорологических условиях добиться нижнего наперед заданного значения температуры положения регулируемых элементов устанавливают в рабочее положение, при которых значение температуры конденсируемых капель имеет минимальное значение. Реализуется наиболее благоприятные условия для конденсации содержащихся в очищаемом газе паров, что позволяет повысить эффективность очистки газа от аэрозолей и достичь цели предполагаемого изобретения. Кроме того, предложенный способ позволяет снизить вероятность замерзания сконденсированной влаги и расширить диапазон климатических условий возможности его применения.