система подогрева отходящих газов и воздушной среды

Формула изобретения

Система подогрева отходящих газов и воздушной среды, включающая источник теплогазовыделения, очистительную установку с водосборным бассейном, дождевателем и газосборником, систему двухуровневых газоходов, газодымовую трубу, отличающаяся тем, что она дополнительно включает расположенные в двух уровнях теплообменники с воздуховодами, входные отверстия которых располагаются ниже выходных, а выходное отверстие нижнего уровня расположено в низовой части газодымовой трубы, а верхнего уровня в газосборнике очистительной установки выше уровня дождевателя.

Описание изобретения к патенту

Система подогрева отходящих газов и воздушной среды относится к энергосберегающим технологиям при решении экологических проблем и может быть использована в газодымовых трубах энергетической, металлургической и др. видов промышленности.

Известно изобретение (патент № 95121943, опубл. 27.10.1997). 1. Способ очистки потока отходящего газа, который содержит хлористый водород и сернистый ангидрид, включающий обработку и устройство для мокрой очистки (5), последующее введение извести (9) и отделение в фильтре (13), отличающийся тем, что часть потока отходящего газа пропускают в обход устройства для мокрой очистки (5), а затем соединяют с частью потока газа, которая проходит через устройство для мокрой очистки, перед фильтром (13).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем потока отходящего газа, проходящего в обход устройства для мокрой очистки, составляет примерно 1-8 об.%.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что объем отходящего газа, проходящего в обход устройства для мокрой очистки, составляет примерно 2-5 об.%.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток отходящего газа, выходящий из устройства для мокрой очистки (5), нагревают до температуры около 80-120°С перед тем, как его соединяют с потоком газа, который обходит устройство для мокрой очистки.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что известь вводят в поток отходящего газа в виде порошка.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что известь, которую вводят в процесс очистки газов, представляет собой гашеную известь (Ca(ОН)₂), прокаленную известь (CaО) или карбонат кальция (CaCO₃).

7. Устройство для очистки потока отходящего газа, который содержит хлористый водород и сернистый ангидрид, включающее входной трубопровод (4), по которому поток газа подают в устройство для мокрой очистки (5), выходной трубопровод (6), по которому поток газа выходит из устройства для мокрой очистки (5), станцию (9) для подачи извести в поток отходящего газа после устройства для мокрой очистки (5) и фильтр (13) для отделения извести, отличающееся тем, что оно включает трубопровод (15), который проходит от входного трубопровода (4) устройства для мокрой очистки (5) до выходного трубопровода (8) устройства для мокрой очистки (5) перед фильтром (13), через который часть потока газа обходит устройство для мокрой очистки (5).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что трубопровод (15), по которому часть потока обходит устройство для мокрой очистки, снабжен устройствами (16) для регулирования газового потока.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что устройства (16) для регулирования потока газа управляют им в зависимости от потока газа во входном трубопроводе (4) и/или содержания хлористого водорода в газе во входном трубопроводе (4).

10. Устройство по любому из предшествующих пунктов 7-9, отличающееся тем, что выходной трубопровод (6) устройства для мокрой очистки (5) снабжен устройствами для подогрева. К недостаткам известного изобретения следует отнести наличие дополнительного источника подогрева очищенного газа и использование неочищенного газа для повышения температуры очищенного газа в объеме до 8 об.%.

Известен «комплекс утилизации газодымовых выбросов» (патент № 2336934, опубл. 27.02.2007), включающий газодымовую трубу с газоходом, сооруженным в двух уровнях по вертикали, газосборник, насосную станцию оборотного водоснабжения с напорным водоводом, узел приготовления суспензии, дождевальную установку с решеткой для катализатора и решетку для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня, водосборный бассейн с водоотводящим патрубком, отличающийся тем, что нижний газоход в торцевой части снабжен насадкой с С-образным наддувом, с воздоховодом и ниппелем, а дождевальная установка является установкой решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой, а также тем, что комплекс дополнительно содержит бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод, разделенный на секции внутренними поперечными фильтрующими призмами. К недостаткам известного изобретения следует отнести отсутствие системы подогрева отходящих газов, и низа газодымовой трубы.

Известно также изобретение (патент № 2305225, опубл. 27.08.2007) котельная установка, содержащая дымовую трубу с воздушным каналом между железобетонным стволом и футеровкой, образующей газоотводящий канал, установленные под газоотводящим каналом дымовой трубы, калорифер для подогрева воздуха и вентилятор для подачи подогретого в калорифере воздуха в воздушный канал дымовой трубы, разделенный установленными в нем двумя вертикальными перегородками на две части, при этом дымовая труба снабжена коробом отвода подогретого воздуха из одной части воздушного канала в его другую часть, отличающаяся тем, что в основании газоотводящего канала дымовой трубы установлен кольцевой перфорированный коллектор переменного поперечного сечения, снабженный подключенным к воздушному каналу патрубком, для подачи подогретого воздуха из воздушного канала в пристенный слой дымовых газов, движущихся по газоотводящему каналу. К недостаткам известного изобретения следует отнести использование дополнительного источника подогрева воздуха и сложность конструкции, а также наличие в системе подогрева вращающегося механизма.

Известно изобретение 2336934 С2, B01D 53/50 Ru «комплекс утилизации газодымовых выбросов», включающий газодымовую трубу с двухуровневым газоходом, газосборник, насосную станцию оборотного водоснабжения с напорным водоводом, узел приготовления суспензии, дождевальную установку с решеткой для катализатора и решетку для регулирования скорости газодымовой струи в газоходе второго уровня, водосборный бассейн с водоотводящим патрубком, а нижний газоход в торцевой части снабжен насадкой с С-образным наддувом, с воздуховодом и ниппелем, а дождевальная установка является установкой решетчатого типа на сварном металлическом корпусе с трехсторонней обшивкой, а также тем, что комплекс дополнительно содержит бассейн по очистке и нейтрализации сточных вод, разделенный на секции внутренними поперечными фильтрующими призмами. Принимаем за прототип. К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие системы подогрева отходящих газов в газосборнике и воздушной среды во внутреннем пространстве газодымовой трубы. Технический результат заключается в снижении энергозатрат, экологической нагрузки на окружающую природную среду, за счет использования тепла источника теплогазовыделения и в повышении эксплуатационной надежности. Общими для прототипа и предлагаемой системы подогрева отходящих газов и воздушной среды являются: источник теплогазовыделения, очистительная установка с водосборным бассейном, дождевателем, и газосборником, система двухуровневых газоходов и газодымовая труба - согласно изобретения она дополнительно включает двухуровневые теплообменники с воздуховодами, входные отверстия которых ниже выходных, при этом выходное отверстие воздуховода верхнего уровня расположено во внутреннем пространстве газосборника очистительной установки выше уровня дождевателя, а нижнего уровня - в низовой части газодымовой трубы.

Технический результат по снижению энергозатрат достигается за счет отбора тепла теплообменником с воздуховодом, при этом теплообменники установлены одной своей гранью вплотную к внутренней футеровке источника теплогазовыделения, с целью более эффективного теплоотбора от внутреннего пространства источника теплогазовыделения, а повышение температуры отходящих газов и воздушной среды низа газодымовой трубы осуществляют за счет транспортировки воздуховодами нагретого в теплообменниках воздуха. Таким образом, предлагаемая система обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен схематичный разрез системы подогрева отходящих газов и воздушной среды газодымовой трубы.

Изобретательский уровень доказывается следующим.

Из практики хорошо известны условия обогрева жилищ в сельской местности за счет печного отопления и дополнительно с использованием так называемых «буржуек». При этом используется рассеянное тепло. В известном способе обогрева избы большее количество тепла уносится вместе с дымовыми выбросами в атмосферу. Для нагрева указанных отопительных устройств требуется дополнительное сжигание органического топлива. В предлагаемом же изобретении для подогрева отходящих газов и воздушной среды внутреннего пространства низа газодымовой трубы используют тепло самого источника теплогазовыделения.

Известна также система подогрева воздуха с утилизацией тепла водоотливных шахтных вод (патент 95104202), требующая сооружения канав с обустройством их теплоизоляции, хотя в этом случае гораздо выгоднее было бы утилизировать тепло восходящей воздушной струи шахтного вентиляционного ствола, хотя сама по себе идея и неплохая. Существуют также многочисленные системы подогрева газовой среды при помощи циркуляции горячей воды и пара в специальных теплообменниках, электроподогрева и т.п. Известны способы подогрева отходящих газов путем смешивания их с частью неочищенных газов, что снижает КПД работы таких устройств и усложняет конструкцию системы за счет разделения газовой струи на два потока.

В предлагаемом же изобретении для подогрева отходящих газов в газосборнике очистительной установки и воздушной среды внутреннего пространства низа газодымовой трубы достаточно в период строительства или ремонта источника теплогазовыделения уложить теплообменники с воздуховодами в кирпичную кладку и утилизированное тепло через стенки теплообменника будут нагревать воздух в воздуховоде, который в силу физических свойств при повышении температуры расширяется, воздух будет самотеком двигаться вверх по воздуховодам в газосборник очистительной установки, подогревая отходящие газы и внутреннее пространство низа газодымовой трубы, где, смешиваясь с внутренней воздушной средой низа газодымовой трубы, будет повышать ее температуру. При этом следует отметить, что работы по прокладке и теплоизоляции воздуховодов от источника теплогазовыделения до очистительной установки и газодымовой трубы и их теплоизоляцию производят без остановки производственного процесса. При этом сам процесс подогрева отходящих газов и воздушной среды в предлагаемом изобретении осуществляют без применения внешних дополнительных источников энергии, без вращающихся механизмов, а самотеком за счет расположения входного отверстия воздуховодов ниже их выходных отверстий. В целом предлагаемое изобретение позволяет получить заявленный технический результат, обладает новизной и изобретательским уровнем.

Сооружение изобретения осуществляют следующим образом.

При реконструкции или строительстве корпуса 1 металлургических печей, паровых котлов и др. подобных устройств, в боковых стенах, подовой (на чертеже подписано), и/или сводовой 2 части корпуса 1 источника теплогазовыделения, укладывают изготовленные в цеховых условиях полые металлические в виде прямоугольной призмы теплообменники 3 с воздуховодами 4, расположенными частично внутри теплообменников 3, при этом внутреннее пространство между внешними стенками воздуховодов 4 и внутренними стенками теплообменников 3 заполняют, например, титановыми и/или алюминиевыми опилками или стружкой. При этом воздуховоды 4 могут располагаться на двух уровнях. На более высоком уровне выходное отверстие связано с газосборником 7 очистительной установки 25, а на более низком - с низом газодымовой трубы 9. Теплообменники 3 с воздуховодами 4 выполняют, например, из нержавеющей стали при помощи сварки. А диаметр воздуховодов 4 должен быть не менее 50 мм, например 200 мм. Воздуховод 4 верхнего уровня прокладывают поверх дымососа (на чертеже подписано) и газохода нижнего уровня, укрепляя на упругих подложках из обрезков изношенных шин (на чертеже не показано) до очистительной установки 25. При этом выходные отверстия закрепляют жестко и герметично при помощи сварки на вводных отверстиях (на чертеже не показано) конструктивных элементов. Воздуховод 4 нижнего уровня прокладывают по трассе до газодымовой трубы 9 на опорах газоходов 5, 8 и вдоль корпуса очистительной установки 25 (на чертеже не показано). При этом входные отверстия воздуховодов 4 можно располагать как внутри цехового здания, так и за его пределами. При необходимости расположения входных отверстий воздуховодов 4 ниже поверхности земли (пола цеха) потребуется проходка шурфов (на чертеже не показано) с бетонными или железобетонными стенками (на чертеже не показано). Открытые участки воздуховодов 4 изолируют пористым полиуретановым полиэтиленом (на чертеже не показано). Сооружение изобретения завершено.

Работа изобретения осуществляется следующим образом.

После начала работы источника теплогазовыделения отходящие газы из корпуса 1 поднимаются вверх, к своду 2 и далее, при помощи дымососа (на чертеже подписано), поступают в газоход 5 нижнего уровня, и далее в очистительную установку 25, ниже дождевателя 6, для мокрой их очистки от вредных примесей. Очистка происходит путем окислительно-восстановительных процессов при противотоке газовой струи и водяного потока с различными ускоряющими реакцию реагентами. Далее очищенные отходящие газы с парами воды через газосборник 7, газоход 8 верхнего уровня и газодымовую трубу 9 поступают в атмосферу. При этом отходящие газы не всегда могут иметь температуру выше точки росы на выходе из газодымовой трубы 9, т.к. при очистке и утилизации газов используют оборотную воду из бассейнов (на чертеже не показано), располагающихся на открытом воздухе с достаточно низкой температурой, особенно в зимний период. Параллельно газовому потоку атмосферный воздух через входные отверстия воздуховодов 4, проходя по ним в кирпичной кладке корпуса 1 теплогазовыделения и теплообменники 3, в которых нагревается и, расширяясь самотеком по воздуховодам 4, попадает в газосборник 7 и низ газодымовой трубы 9, где, смешиваясь со струей отходящих газов по верхнему уровню газохода 4 и с холодной воздушной средой низа газодымовой трубы 9, повышает их температуру, что будет способствовать попаданию отходящих газов для рассеяния в более высокие слои атмосферы через газодымовую трубу 9, а также исключит конденсацию наиболее агрессивной нижней части потока отходящих газов на внутренней поверхности газодымовой трубы 9, при этом прогретый корпус низа газодымовой трубы 9 исключит образование наледей на внешней ее поверхности, не израсходованная же тепловая энергия низа газодымовой трубы создаст восходящую струю (на чертеже показано направленными стрелками), которая будет подниматься к газоходу 8, исключая, таким образом, падение вниз не выпавших ранее в осадок в очистительной установке 25 взвешенных частиц, повышая таким образом эксплуатационную надежность газодымовой трубы 9. Расход потока горячего воздуха при необходимости можно регулировать заслонками (на чертеже не показано) на входных отверстиях воздуховодов 4. Взвешенные частицы с жидкими сточными водами нисходящим потоком (на чертеже показано стрелками с круглыми основаниями) попадают в водосборный бассейн 10, очистительной установки 25, а оттуда через патрубок 11 в бассейн оборотного водоснабжения (на чертеже не показано). В предлагаемом изобретении отсутствуют какие либо вращающиеся механизмы и дополнительные внешние нагревательные источники энергии, что способствует экономии энергоресурсов, а повышенная температура отходящих газов направит их в более высокие слои атмосферы, улучшая, таким образом, экологию окружающей природной среды.