Устройство для очистки отработавших газов от вредных веществ

Устройство для очистки отработавших газов от вредных веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов от NOx. Отработавшие газы (ОГ) поступают в устройство очистки от вредных веществ ВВ. Неокисленные компоненты вначале частично дожигаются при температуре ОГ путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ в месте ввода химически активной среды (ХАС) не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика 19 регулятора 20 и в блок121 управления исполнительным механизмом 22 запорного органа 4. Концентрация NOx в ОГ уменьшается путем ввода ХАС через форсунку 2. Далее производится повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ путем ввода газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа не равна заданной, то сигналы от датчика 9 и задатчика 11 поступают в блок 10 сравнения, а оттуда - на изменение уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок 14 управления исполнительным механизмом 15 запорного органа 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.ОXIОСл)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714500/ 6 (22) 03.07.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Московский авиационный институт им.

Cepro Орджоникидзе ! (72) И.И.Кутыш, А.И.Папуша и А.А.Шейпак (53) 621.43.068.4 (088.8) (56) Патент CLLIA N. 3908365, кл. F 01 N 3/14, опублик. 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБО-, ТАВШИХ ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, (57) Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов от

МОх. Отработавшие газы (ОГ) поступают в устройство очистки от вредных веществ ВВ.

Неокисленные компоненты вначале частично дожигаются при температуре ОГ путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа, содержащего кисло-. род. Если температура потока ОГ в месте ввода химически активной среды (ХАС) не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика 19 регулятора

20 и в блок 21 управления исполнительным механизмом 22 запорного органа 4. Концентрация NOx в ОГ уменьшается путем ввода

ХАС через форсунку 2. Далее производится повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ путем ввода газа, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа не равна заданной, то сигналы от датчика 9 и задатчика 11 поступают в блок 10 сравнения, а оттуда — на изменение Б уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок

14 управления исполнительным механизмом 15 запорного органа 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1710793

Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к защите воздушного бассейна от выбросов вредных веществ (В В) при сжигании углеводородных топлив в различных энергетических установках, таких как двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные двигатели, ракетные двигатели, мартеновские печи, котлы

ТЭС и т.д.

Известен способ дожигания отработавших газов (ОГ) путем регулируемого ввода подогретого воздуха с последующим равномерным смешением его с ОГ и дальнейшим самовоспламенением при поддержании температуры в зоне горения в пределах от

950 до 1300 С.

Этот способ и ригоден только для очистки ОГ в основном от СО и несгоревших углеводородов и малоэффективен при очистке

ОГ от NOx, так как скорости химических реакций образования и разложения NOx в указанном диапазоне температур (950 — 1300 С) и ра ктически "заморожен ы".

Известно также устройство очистки ОГ от ВВ, в соответствии с которым производится частичное дожигание неокисленных компонентов в потоке ОГ при температуре не ниже 850 С за счет ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород, уменьшение концентрации NOx.за счет воздействия на поток ОГ химически активной средой (ХАС), повторное дожигание неокисленных компонентов при температуре потока ОГ не менее

350 С за счет ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород.

В этом устройстве уменьшение NOx в

ОГ происходит за счет того, что с участием вещества ХАС химические реакции образования и разложения NOx протекают с достаточной скоростью в низкотемпературной области, близкой к температуре истечения

ОГ из энергоустановки.

При отсутствии ХАС интенсивное протекание реакций образования и разложения

NOx наблюдается при температуре выше

1700 С. Такой уровень температур в ОГ может быть достигнут только при дополнительном сжигании топлива, что нецелесообразно экономически. Поэтому низкотемпературное йодавление эмиссии

NOx с помощью ХАС без дополнительного сжигания топлива является главным достоинством этого технического решения.

Известно, что температура ОГ на выходе из энергоустановки может изменяться в очень широких пределах от 600 до 1300 С и определяется в основном типом топлива, типом энергоустановки и режимом ее работы. Поэтому эффективность уменьшения

NOx в ОГ с помощью выбранной XAC npu существенном изменении температуры ОГ может оказаться очень низкой, Цель изобретения — увеличение эффективности очистки ОГ от NOx при значительном изменении температуры потока ОГ на выходе из энергоустановок.

Существенное уменьшение концентрации NOx при взаимодействии ХАС с ОГ проявляется в очень узком температурном диапазоне с ярко выраженным минимумом концентрации NOx в ОГ, т.е. имеет место оптимальная температура ХАС, при которой наблюдается минимальная концентрация

N0x в ОГ.

10 стройкой температуры потока ОГ под оптимальную температуру ХАС путем регулируемого ввода в поток ОГ газа, содержащего кислород. Помимо этого газ, содер20 жащий кислород, подогревают до температуры, близкой к температуре потока

ОГ на выходе из энергоустановки, а ХАС перед вводом в поток ОГ подогревают до температуры, близкой к температуре ОГ, в месте ввода ХАС. Газ, содержащий кислород, и ХАС можно подогревать, например, за счет подвода энергии извне или за счет энергии потока ОГ.

Если газ, содержащий кислород, и ХАС

25 подогревать с помощью энергии потока ОГ, то их температуры будут ниже температуры

ОГ примерно на 50 — 100 С в месте ввода, т.е, будут близкими к температуре потока ОГ.

Подогрев газа, содержащего кислород, и веществ ХАС повышает реакционную спосрбность веществ и способствует достижению поставленной цели.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — график эксперимен30

40 тальных данных по влиянию аммиака, который выбран в качестве ХАС, и температуры потока ОГ на относительную концентрацию

NO в ОГ.

Устройство для очистки ОГ от ВВ содержит корпус 1, форсунки 2 для ввода ХАС и газа, содержащего кислород, теплообменники 3, запорные органы 4, датчики 9 и 16 температуры, чувствительные элементы 23 и 24 датчиков температуры, задатчики 11 и

18 температуры, блоки 10 и 17 сравнения со своими задатчиками температуры соответственно 11 и 18, задатчики 12 и 19 регуляторов, регуляторы 13 и 20, блоки 14 и 21 управления запорными органами 4, испол45

55 нительные механизмы 15 и 22, пробоотборники 26 — 28 ОГ и газоанализатор 25.

Устройство работает следующим образом.

ОГ 5 поступают из энергоустановки в устройство очистки ОГ от BB. Температура

15 Поставленная цель достигается под1710793

55

ОГ может изменяться в широких пределах, например от 600 С и выше. Верхний предел по температуре ОГ на входе в предлагаемое устройство определяется температурой, ко- торая равна сумме оптимальной температуры для данной ХАС и падению температуры

ОГ на двух теплообменниках.

Неокисленные компоненты, содержащиеся в ОГ, вначале частично дожигаются при температуре ОГ, которая в месте ввода

ХАС 7 равна оптимальной температуре для данной ХАС, путем ввода через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа 6, содержащего кислород. При этом дожигание производится так, что оставшееся количество СО больше, чем начальное количество

NOx в ОГ. Концентрация СО и начальная концентрация NO< определяются с помощью стандартного газоанализатора 25 и пробоотборников 27 и 26 соответственно.

Если температура потока ОГ в месте ввода

ХАС не равна ее оптимальной температуре, то на основании сигналов датчика 16 температуры и задатчика 18 температуры разностный сигнал из блока 17 сравнения поступает на изменение уставки задатчика

19 регулятора 20 и в блок 21 управления исполнительным механизмом 22 на открытйе или закрытие запорного органа 4 в зависимости от знака разностного сигнала.

Затем уменьшается концентрация NOX в ОГ за счет воздействия на поток ОГ подогретой в теплообменнике 3 ХАС7 через форсунку 2. Начальная и конечная концентрации NO> определяются с помощью пробоотборников 26 и 28 и газоанализатора 25.

Далее производитоя повторное дожигание неокисленных компонентов в ОГ при температуре не ниже 350 С путем ввода в поток ОГ через форсунку 2 подогретого в теплообменнике 3 газа 6, содержащего кислород. Если температура потока ОГ после ввода газа 6 не равна заданной, то на основании сигналов датчика 9 температуры и задатчика11 разностный сигнал из блока

10 сравнения поступает на именение уставки задатчика 12 регулятора 13 и в блок

14 управления исполнительным механизмом 15 на открытие или закрытие запорного органа 4 в зависимости от знака разностного сигнала.

Отличие систем регулирования подачей газа 6, содержащего кислород„состоит в том, что при первичном дожигании неокисленных компонентов в ОГ задатчик 18 настроен на оптимальную температуру ХАС 7, а при повторном дожигании задатчик 11 настроен на любую заданную температуру не ниже 350 С.

Проведены экспериментальные исследования предлагаемого устройства, с помощью которого достигается увеличение эффективности очистки ОГ от NOX.

Эффективность очистки ОГ от NOx оценивалась величиной, которая является отношением измеренной конечной концентрации NOX в ОГ на выходе из устройства очистки к- измеренной начальной концентрации NO> в ОГ на входе в устройство очистки.

В качестве газа 6, содержащего кислород, использовался воздух, а в качестве ХАС

7 использовался аммиак.

Вначале экспериментально определена оптимальная температура для аммиака, при которой достигается максимальное подавление концентрации NO. ОГ 5 в устройство очистки подавались такими, чтобы с учетом отвода энергии от потока ОГ к теплообменнику 3 их температура в месте ввода ХАС 7 изменялась от 800 до 1150 С. При этом исходная концентрация NO в ОГ поддерживалась неизменной и равной 300 ед/млн.

Воздействуя на поток ОГ одним и тем же количеством аммиака, концентрация которого равна 480 ед/млн, уменьшалась концентрация NO. Воздействие на поток ОГ с помощью воздуха исключалось, так как запорные органы 4 были полностью закрыты.

Из графика (фиг.2) видно, что оптимальная температура, при которой достигается максимальное подавление NO, равна

980 С. При этом концентрация NO уменьшается примерно в 10 раз. Диапазон температур, в котором проявляется весьма существенное уменьшение NO в ОГ, как видно из графика (фиг.2), составляет 200—

250 C.

Затем на входе в устройство очистки устанавливалась температура ОГ 5, равная

700 С, Исходная концентрация NO в ОГ поддерживалась такой же, как и в предыдущем эксперименте. Путем регулируемого ввода через форсунку 2 с помощью запорного органа 4 подогретого в теплообменнике

3 воздуха производилось дожигание неокисленных компонентов в ОГ, температура которых в месте ввода ХАС 7 поддерживалась равной оптимальной температуре аммиака (980 С). Для увеличения температуры потока ОГ с 700 С на входе в устройство очистки до 980 С в месте ввода

XAC с учетом теплоотдчи в теплообменниках 3 потребный расходвоздухасоставил

27 от расхода ОГ через устройство очистки.

При этом концентрация СО в ОГ после первичного дожигания составляла 400 ед/млн. Повторное дожигание неокислен1710793 люкон

Ныонач

ЯИ ВОО 900 1000 1100 f200

Раг.2 ных компонентов в потоке ОГ при температуре не ниже 350 С осуществлялось регулируемым вводом в поток ОГ подогретого в теплообменнике 3 через форсунку 2 12% воздуха от расхода ОГ через устройство очистки с помощью запорного органа 4.

Как и в первом эксперименте, концентрация ХАС, с помощью которой уменьшалась NO в ОГ, составляла 480 ед/млн.

Конечная измеренная концентрация NO в

ОГ 8 на выходе из устройства очистки соответствовала минимально возможной для данной концентрации аммиака в ОГ.

Аналогичный результат может быть достигнут при любой другой температуре потока ОГ на входе в устройство очистки, если

NO в потоке ОГ уменьшать в соответствии с предлагаемым техническим решением (фиг.1).

Использование предлагаемогого устройства обеспечивает по сравнению с известными надежную очистку ОГ от NOx до уровня, определяемого нормами на выбросы ВВ, увеличение. экономичности энергоустановки за счет применения утилизации энергии ОГ при подогреве веществ ХАС и газа, содержащего кислород.

Формула изобретения

1, Устройство для очистки отработавших газов от вредных веществ, содержащее корпус с установленными в нем первой, второй и третьей форсунками с запорными органами, причем первая и третья форсунки предназначены для подачи газа, содержа5 щего кислород, а вторая — для подачи химически активной среды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки отработавших газов от NOx, оно дополнительно содержит орган регулирова10 ния подачи газа, содержащего кислород, а запорные органы первой и третьей форсунок снабжены исполнительными механизмами, орган регулирования выполнен в виде двух датчиков температуры, один из кото15 рых размещен после первой форсунки, а другой — после третьей форсунки, блоков сравнения с задатчиками, регуляторов с задатчиками и блоков управления исполнительными механизмами, каждый из которых

20 сообщен с соответствующим задатчиком блока сравнения через последний, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что содержит теплообменник, свя25 занный с первой и третьей форсунками.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно содержит дополнительный теплообменник, связанный с вто30 рой форсункой.