Результат интеллектуальной деятельности: Экологичная насадка для дымовой трубы

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки дымовых газов теплогенераторов автономного и квартирного теплоснабжения от вредных примесей.

Известна насадка для очистки дымовых газов, содержащая короб (корпус) со стыковочными узлами, с размещенными в нем пластинчатым теплообменником и по ходу движения дымовых газов – вертикальными перфорированными кассетами (контейнерами), выполненными из коррозионностойкого материала, полость которых заполнена дробленой гашеной известью (Ca(OH)₂) в первой ступени и частичками активированного угля во второй ступени очистки, причем кассеты обеих ступеней расположены внутри газовых каналов, образуя пластинчатый теплообменник, под которым устроены наклонные лотки, сообщающиеся со сборным карманом, соединенным с дренажным трубопроводом через гидрозатвор [Патент РФ №2321445, МПК В01D 53/60, 2008].

Основным недостатком известной насадки являются сложность и громоздкость конструкции, необходимость охлаждения дымовых газов до температуры ниже точки росы, обусловленные этим падение тяги в газоходе и появление конденсата, который приходится сбрасывать в канализацию, низкая механическая прочность и невозможность регенерации активированного угля и (Ca(OH)₂ непосредственно по месту размещения насадки, что уменьшает срок эксплуатации и снижает надежность и эффективность ее работы.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является 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 В01D 53/60, 2014].

Основным недостатком известной насадки являются высокое аэродинамическое сопротивление и необходимость подвода воды для периодической регенерации непосредственно по месту размещения насадки, что усложняет ее конструкцию, снижает надежность и эффективность ее работы.

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

Технический результат достигается тем, что предлагаемая экологичная насадка для дымовой трубы содержит 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.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид экологичной насадки для дымовой трубы (ЭНДТ), на фиг. 2 – поперечный разрез, на фиг. 3 – узел стыковки ЭНДТ с дымовой трубой.

ЭНДТ содержит корпус, выполненный из коррозионностойкого материала в виде вертикального цилиндрического тороидального перфорированного со всех сторон, патрубка 1, полость которого заполнена гранулами пемзы 2, 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 4, причем на тороидальный патрубок 1 надет дефлектор 5, диаметр конической крышки 6 которого равен внутреннему диаметру вышеупомянутого патрубка 1, а угол наклона равен углу естественного откоса воды, сам патрубок 1 вставлен установочным кольцом 3 вовнутрь устья дымовой трубы 7, снабженного наружным кольцевым наклонным козырьком 8, угол наклона которого также равен 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 2 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 2 шлаковой пемзы в качестве эффективного адсорбента для вредных примесей дымовых газов при температуре выше точки росы. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 2 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы.

Предлагаемая ЭНДТ работает следующим образом. Дымовые газы теплогенератора из дымовой трубы 7 на выходе закручиваются при прохождении направляющих лопаток 4, после чего, вращающийся газовый поток, поступает в перфорированный тороидальный патрубок 1, где за счет вращения дымовые газы проникают через отверстия в стенках перфорированного патрубка, заполненного гранулами 2 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 2 назначен из условий максимального заполнения полости патрубка 1 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). Поток дымовых газов, проходя патрубок 1 и многократно попадая на поверхность гранул 2 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 2. Адсорбированные из дымовых газов оксиды азота и серы в порах гранул 2 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента–гранул 2 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 2 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 2 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные дымовые газы из патрубка 1 поступают в дефлектор 5, откуда выбрасываются в атмосферу. При этом, дополнительная тяга, которую создает дефлектор 5 [В. Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II.–М.; Стройиздат, 1978, с. 309]. используется на преодоление сопротивления направляющих лопастей 4, не уменьшая тяги в дымовой трубе, а высокопористая структура гранул 2, которыми заполнена полость патрубка 1, обеспечивают надежную теплоизоляцию ЭНТД в зимнее время.

Регенерация гранул шлаковой пемзы 2 осуществляется водой, поступающей с осадками из атмосферы. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 2 от мелкодисперсных частиц и адсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 2 водой. Дождевая вода или талая вода из снега поступает в полость патрубка 1 с наклонной поверхности конической крышки 6 дефлектора 5. Проходя сверху–вниз через полость патрубка 1, она омывает 2 и поглощает адсорбированные вредные компоненты на поверхности и в порах гранул 2 , в результате чего для регенерации не требуется подвод промывочной воды. Вода, насыщенная вредными компонентами, вымытыми из гранул 2 в полости патрубка 1, стекает оттуда по наклонному козырьку 8 на крышу здания (на фиг. 1–3 не показана), откуда попадает в ливневую канализацию, смешиваясь с остальными стоками.

Размеры ЭНДТ, а также суммарный объем гранул 2, определяются в зависимости от мощности теплогенератора, расхода и вида топлива, а также требуемой степени очистки дымовых газов.

Таким образом, предлагаемая конструкция экологичной насадки для дымовой трубы позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очищать дымовые газы от вредных примесей, используя в качестве адсорбента гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков c модулем основности М>1, а в качестве промывочной воды – атмосферные осадки, что повышает ее надежность и эффективность