Результат интеллектуальной деятельности: Теплица с полной 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.

Известно 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 В01D 53/60, А01G 9/18, бюл.№36, 2009].

Основными недостатками известного устройства являются 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.

Более близким к предлагаемому изобретению является теплица 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, снабженную 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 [Патент РФ №2641747, МПК В01D 53/60, А01G 9/18, бюл.№3, 2016].

Основными недостатками известного устройства является использование в ограждения теплицы теплообменников, что усложняет ее конструкцию и отсутствие подкормки почвенного слоя, ведущее к снижению урожайности, что уменьшает экологическую и экономическую эффективность известного устройства.

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

Технический результат достигается в теплице с полной утилизацией сбросных газов, содержащей зону обработки, соединенную с транзитным газоходом и состоящую, из отводного газохода, пластинчатого теплообменника, соединенного с ним и воздушным вентилятором и снабженного снизу камерой окисления, соединенной с озонатором и поддоном с гидрозатвором, воздушного коллектора, соединенного с пластинчатым теплообменником и через свои правую и левую воздушные ветви, снабженных выпускными отверстиями, с корпусом теплицы, в крыше которой устроен дефлектор, камера окисления пластинчатого теплообменника соединена через правую и левую газовые ветви с распределительными газовыми трубопроводами, уложенными в грунте теплицы на средней глубине h с уклоном i, направленным к ее боковым сторонам, равным углу естественного откоса воды и снабженными по всей своей длине вертикальными распределительными насадками, состоящими из вертикального патрубка с колпачком, между которыми устроена выпускная щель, причем правая и левая газовые ветви соединены с правой и 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], а также повышение урожайности сельскохозяйственных культур при повышении концентрации углекислого газа в почве. Кроме того, нагрев воздуха в теплообменнике 3 и вытяжная труба с дефлектором 12 создают в полости теплицы 11 для воздушного потока самотягу [Ю. П. Гусев Основы проектирования котельных установок – М.: Стройиздат, 1977, с.143].

Теплица с полной утилизацией сбросных газов (ТПУСГ) изображена на фиг. 1–5 (фиг. 1–общий вид ТПУСГ, фиг. 2–4–план и разрезы теплицы, фиг. 5–узел стыковки газораспределительного насадка с распределительным газовым трубопроводом).

Теплица с полной утилизацией сбросных газов (ТПУСГ) содержит зону обработки, соединенную с транзитным газоходом 1 и состоящую, из отводного газохода 2, пластинчатого теплообменника 3, соединенного с ним и воздушным вентилятором 4 и снабженного снизу камерой окисления 5, соединенной с озонатором (на фиг. 1–5 не показан) и поддоном 6 с гидрозатвором 7, воздушного коллектора 8, соединенного с пластинчатым теплообменником 3 и через свои правую и левую воздушные ветви 9 и 10, снабженных выпускными отверстиями (на фиг. 1–5 не показаны), с корпусом теплицы 11, в крыше которой устроен дефлектор 12, камера окисления 5 теплообменника 3 соединена через правую и левую газовые ветви 13 и 14 с распределительными газовыми трубопроводами 15 и 16, уложенными в грунте 17 теплицы 11 на средней глубине h с уклоном i, направленным к ее боковым сторонам, равным углу естественного откоса воды и снабженными по всей своей длине вертикальными распределительными насадками 18, состоящими из вертикального патрубка 19 с колпачком 20, между которыми устроена выпускная щель 21, причем правая и левая газовые ветви 13 и 14 соединены с правой и левой ветвью конденсатного коллектора 22, соединенного с камерой окисления 5 через гидрозатвор 7 и с анионитовым фильтром 23.

Перед началом работы ТПУСГ осуществляют укладку ветвей 13 и 14 газового коллектора вместе с конденсатным коллектором 22. Далее осуществляют монтаж правого и левого распределительных газовых трубопроводов 15 и 16, снабженных распределительными насадками 18, которые укладываются в грунт теплицы на определенную среднюю глубину h с учетом уклона i (среднюю глубину заложения h определяют, исходя из глубины корневой системы растений, выращиваемых в теплице 11), после чего трубопроводы 15 и 16 крепят к ветвям 13 и 14 газового коллектора. Затем устанавливают корпус теплицы 11 (узлы крепления на фиг. 1–5 не показаны), после чего производится монтаж остального оборудования.

Работа ТПУСГ происходит следующим образом. Сбросные газы теплогенерирующей установки или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (на фиг. 1–5 не показаны), количество которых обусловлено производительностью ТПУСГ, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемом дымососом или ДВС, через отводной газоход 2 направляются в зону обработки в пластинчатый теплообменник 3, в который также подается наружный воздух высоконапорным вентилятором 4, где происходит охлаждение газов до температуры (50–60)°С и нагрев наружного воздуха до температуры (35–40)°С. После охлаждения в теплообменнике 3 газ поступает в камеру окисления 5, где смешивается с озоновоздушной смесью, поступающей из озонатора (на фиг. 1–5 не показан) и происходит процесс окисления большей части монооксидов азота до диоксидов, процесс конденсации водяных паров и абсорбция образовавшимся конденсатом диоксидов азота, после чего газовоздушная смесь через правую и левую ветви 13 и 14 газового коллектора, поступает в правые и левые газораспределительные трубы 15 и 16. При этом при прохождении трубопроводов 13, 14 и 15, 16 газовоздушная смесь окончательно охлаждается в результате теплообмена с грунтом до (45–50)°С с образованием конденсата, стекающего вниз в ветви конденсатного коллектора 22 с одновременным окислением оставшихся монооксидов азота до высших с высокой скоростью, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров. Одновременно окончательно очищенные и охлажденные газы, через выпускные шели 21 насадков 18 поступают в грунт 17 теплицы 11 (количество насадков 18 и их пропускная способность должны обеспечивать требуемый расход сбросных газов), проходят через его поры и поступают в атмосферу теплицы, обогащая ее углекислым газом, куда одновременно через правую и левую воздушные ветви 9 и 10 поступает нагретый воздух. В теплице 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 12, выбрасывается в атмосферу. При этом часть молекул сбросных газов при фильтрации через грунт 17 адсорбируются на его частицах, обогащая их углекислым газом, одновременно подогревая его, что также повышает урожайность растений. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из трубопроводов 13, 14 и 15, 16 и камеры окисления 6 через конденсатный коллектор 22 поступает в анионитовый фильтр 23, 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 23 раствором NaОН получают водный раствор NaNO₃, который в качестве удобрения можно использовать для повышения урожайности в теплице 11 или поставлять другим потребителям.

При этом замена рядов вертикальных пластинчатых теплообменников, расположенный по боковым сторонам теплицы, охлаждаемых наружным воздухом снаружи и внутренним воздухом, на один пластинчатый теплообменник 3, совмещенный с камерой окисления 5, позволяет значительно упростить конструкцию теплицы 11, а подача сбросных газов непосредственно в грунт 17 повышает температуру почвы в теплице 11 и повысить в ней концентрацию углекислого газа, что повышает урожайность.

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