CN2895751Y - 坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置 - Google Patents

Abstract

坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是将柴油发电机排出的高温废气引入喷淋汽化室，喷淋汽化室内设有与水泵及循环水箱相连的喷淋头和折流板，喷水方向与废气折转后来流方向相对，经降温的汽化废气由喷淋汽化室出口连接至风管混合降温室进口，风管混合降温室还设有坑道废气及坑外风进口，风管混合降温室出口连接至冷风降温室进口，冷风降温室亦设有坑外风进口和折流板，折流板后设有丝网，冷风降温室排气口设置于丝网后，喷淋汽化室、风管混合降温室和冷风降温室均设有排水口与循环水箱连通。

Description

坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置

                              技术领域

本实用新型涉及工业上使用的环保设备，特别是一种坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置。

                              背景技术

柴油发电机作为坑道备用电站应用较多，其排出的废气有200多种有害气体及固体排放物，且废气量大，一般800kw机组废气排放量约1.1万m³/h，3000kw机组约5万m³/h，废气温度一般高达500℃左右。废气如不处理直接排放在坑道内，不仅影响人的生命安全，长期工作下废气释放的热能严重威胁着坑道结构安全性，出现塌坑现象，降低坑道使用寿命。一般坑道建设单位均为国家重要部门，随着现代科学技术的发展，军事侦察与监视技术和能力得到了极大提高，废气中排放的烟尘和高温气体，可通过摄像或远红外侦察技术被发现，具有明显暴露目标的特征，如发生战争有可能使工程遭受破坏性打击，危及国家安全利益。目前坑道柴油发电机组消烟降温工艺主要有以下几种：第一种水浴冲击除尘降温法，其特征是大流量高温烟气高速进入密集排列的小直径烟管内，与管下方水槽中的水进行冲击反应，烟尘被水膜捕捉，水被汽化吸收大量的热量，除尘降温后烟气经管道排出。此工艺压力损失大，易使发电机组产生背压，影响柴油机正常工作，需不断补充被汽化带走的水份，排出的废气温度仍较高，烟口仍有明显烟流，目标易暴露；第二种是喷淋降温散热法，其特征是循环利用大量是的冷却水对高温烟气喷淋降温至合适的温度，已吸收废气热量的热水被送至置于坑道通风口的巨型散热器冷却后回用，废气经管道排出，通过热量置换，大量的热能被释放到坑道中，随坑道气流带走，坑道气流温度被升高，该工艺占地面积较大，相当于增加坑道工程费用，功率消耗也较大，在夏天符合特殊战备的排放要求。但在冬天无法实现除雾达到防伪装要求。

                              发明内容

本实用新型的目的是克服上述不足，提供一种坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，除烟尘效率高，而且排出的废气温度可以与外界相差无几，达到环保及防伪装反侦察的指标。

本实用新型的上述目的是这样实现的：坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是将柴油发电机排出的高温废气引入喷淋汽化室，喷淋汽化室内设有与水泵及循环水箱相连的喷淋头和折流板，喷水方向与废气折转后来流方向相对，经降温的汽化废气由喷淋汽化室出口连接至风管混合降温室进口，风管混合降温室还设有坑道废气及坑外风进口，风管混合降温室出口连接至冷风降温室进口，冷风降温室亦设有坑外风进口和折流板，折流板后设有丝网，冷风降温室排气口设置于丝网后，喷淋汽化室、风管混合降温室和冷风降温室均设有排水口与循环水箱连通。所说折流板是在气流后方设置的多块留有交错气流空挡的挡风板或多列间隔布置的尖劈形槽板，两种折流板结构单独或组合布置。风管混合降温室进口最好设置于底部，出口设置于顶部，坑道废气及坑外风进口最好为水平、扩张口进气。循环水箱内可设有高、低水位液位控制器，分别与循环水箱的电控排水、给水阀连通。

本实用新型的优点及效果：1、三级除尘降温，不仅使烟尘排放符合国家排放标准，而且使排出的废气温度与自然界非常接近，除雾效果好，防伪装性能高。2、节水：针对战备水资源严重短缺，循环利用少量水资源喷淋汽化吸热；节能、节成本：利用坑道常规废风量并引入一定量的坑外风在风管网上进行二次混合降温，占地面积小，冷凝废水回用，节约水资源。3、除雾效果好：利用坑外风对废气进行三次混合降温，可根据战备要求，改变引入坑外风量，使废气排出温度与坑外温度非常接近，是最大新颖点。4、除尘效率高≥85％，除雾装置压降低，不影响柴油发电机正常工作。5、可广泛应用于国家粮食储备库，地下油库与机场、人防工程、军火业、国防安全设施或地下矿坑等场所，这对提高坑道工程整体生存能力，保障后勤供应与指挥作战系统的安全、稳定、快速反击能力，具有十分重要的国家利益意义。

                              附图说明

图1是本实用新型的设备流程布置图；

图2是本实用新型的喷淋汽化室和循环水箱结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是本实用新型的风管混合降温室结构示意图；

图5是本实用新型的冷风降温室结构示意图；

图6是图5的左视图。

                            具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

参看图1、2、3，柴油发电机排出的500℃高温废气2接至喷淋汽化室5进气口，经除尘降温后烟气成100°废气和汽水，废气中烟尘被水膜捕捉并受热凝并成较大颗粒随液体流入水箱。废气和汽由汽化废气出口16进入风管混合降温室9与坑道废气10及坑外风11进行混合降至合理温度后，再次进入冷风降温室12与二次坑外风13混合至符合战备要求的废气后排出14至大气。在风管混合降温室冷凝的废水经风道、冷风降温室冷凝的废水经废水出口、喷淋汽化室通过排水口与循环水箱连通，全部回流至循环水箱4中。水泵1、高、低液位器6各1件、2个过滤器3均装在循环水箱4的上方，靠近水泵一侧安装低液位器，高位、低位液位器之间有过滤器3隔开，循环水箱一侧安装电磁给水阀7，另一侧上下各安装一截止阀8，下部常闭，上部常开并高于高位液位器2-50mm，其作用是长期工作下，循环水箱中冷凝水会越来越多，多余的水可以把悬浮烟尘排走，减轻过滤器阻塞。由3-5块上下交错设置气流空挡的挡风折流板15将高温废气流动形成折弯通道并与喷水方向相对。挡风折流板15可焊接在喷淋汽化室5内，仅在上下板的上方或下方留有一段为250-500毫米的间隙通道，水泵不断将较高温的热水经管道喷入喷淋汽化室5，雾化后的热水在由挡风折流板组成的折弯通道中与废气相对逆向接触充分汽化，经出口16进入风管混合降温室9进一步混合冷却。

在图4所示的实施例中，各风道进入风管混合降温室9时，采用渐扩管形式连接，保证冷凝废水能沿风管壁回流到循环水箱4中，在风管混合降温室9顶部也可安装一组丝网来冷凝水，防止废水随气流进入冷风降温室12。

在图5所示的实施例中，冷风降温室12的外壳18二侧：一侧为除雾废气出口14与大气相通，另一侧有2个进气口分别是低温废气进口17，二次坑外风进口13，并有一个废水出口20；壳内装有折流板组件，如挡风折流板19、尖劈形折流槽板21(左右焊接在喷淋汽化室5内，仅在上下方留有间隙通道，图中设置一列，也可设置多列)、丝网组件22，以上三种可以有其中之一或二或三种形式组合而成，丝网22可以有1-n幅不同丝网，各丝网片孔在24-100目/英寸之间，用丝网组件不仅混风效果好，而且可以截留废气中的饱和水蒸汽，使排出废气温度与自然界温度接近。

除雾工作过程如下：接电源，电磁给水阀7放水至高液位，液位器动作停止给水阀供水，进入工作准备状态。接到指令，水泵、各风机得电工作，水泵将水喷入各喷淋汽化室，高温废气迅速冷却至100°气和汽，依次进入风管混合降温室及冷风降温室，使废气排放达到战备要求温度排出坑外。刚开始喷淋时，由于水泵流量较大，为防止水箱水量不足，至低液位时，电磁放水阀打开补充新水，随着冷凝水回用，保证水箱水位维持在高液位状态，其后多余的废水将悬浮烟尘从高位常开截止阀随下水管道排出。若高、低位器同时发出动作信号，则报警器报警，提醒工作人员抽出第一道过滤器进行除污清洗，保证长时间稳定可靠工作。

现以坑道常用规格800kw发电机组为实例说明本实用新型是如何实现除雾过程的：

一、已知基本参数及条件

(a)废气流量：10720m³/h(质量流量4570kg/h)

(b)废气温度：500℃

(c)废气压力：常压

(d)废气中水份含量：194.4kg/h

(e)废气中干气质量流量：4570-194.4＝4375.6kg/h

(f)设定坑道日常排风量：15500m³/h以20℃计算

(g)设定其它可用排风量：27400m³/h，温度以外界温度计算

(h)设计时考虑坑外温度：夏季30℃，冬季-4℃

(i)设定排烟口长度100m，坑道土壤岩石温度一般14.4℃计

二、喷淋汽化室段热平衡运算

设定循环水箱温度为90℃

废气由500°→100°气

热水由90°→100°水→100℃汽

废气及废气中的水蒸汽从500℃降到100℃释放的热量为

Q_烟·C_p烟·(t_烟进-t_烟出)+G_汽·C_p汽·(t_烟进-t_烟出)

＝4375.6×1.122×(500-100)+194.4×6.6503×(500-100)

＝2480896.608kJ/h＝689kJ/s＝689kw

若在该段加水量为W₁kg/h，并全部汽化与烟气混合吸收的热量为2480896.608

kJ/h，

则2480896.608＝W₁×4.124×(100-90)+2257W₁

W₁＝1079.48kg/h

设计喷水量可选择(2-12)W₁，一般可选择(5-7)W₁。设计喷水量7079.48 kg/h，则余水6000 kg/h，可使W₂ kg/h的汽水转化成100℃热水，则有6000×4.124×(100-90)＝2257W₂

W₂＝109.63 kg/h，实际按80％计算，则W₂＝0.8×109.63＝87.7 kg/h，因此进入第二道风管混合降温室的100℃水蒸汽量为1079.48+194.4-87.7＝1186.18kg/h，余下的热水进入循环箱为6000+87.7＝6087.7kg/h。

三、风管混合降温室热平衡计算

一般热损失为10％左右，如再考虑排烟口长度100米，土壤岩石温度为14.4℃，量的热损失不会对坑道结构产生危害。以夏季30℃计算，设计引入坑外风流量为W₃kg/h，经过风管混合降温后，废气降到53℃计算热平衡：

坑道日常排风量15500m³/h，其质量流量为 $15500\×29\×[\frac{273}{(273+20)}/22.4]=18697$ kg/h

其它可用排风量27400m³/h，其质量流量为 $27400\×29\×[\frac{273}{(273+30)}/22.4]=31961$ kg/h

废气和汽从100°降到53℃释放的热量为：

0.85×4375.6×1.122×(100-53)+0.85×1186.18×2257+0.85×1186.18×4.124×(100-53)＝2667186.14kJ/h

热平衡式有

2667186.14＝18697×1.122×(53-20)+31961×1.122×(53-30)+W₃×1.122×(53-30)

W₃＝44568.14kg/h

设坑外风流量为Q₁m³/h

则有 $Q_1\×[\frac{273}{(273+30)}/22.4]\×29=44568.14$

Q₁＝38208m³/h

按1.15Q₁选取第一次补风量为44000m³/h

核算冬季-4℃，混合后废气和管道气排出的温度为t_x℃，则有坑道日常排风质量18967kg/h

其它可用排风量27400m³/h，质量流量为 $27400\×29\×[\frac{273}{(273-4)}/22.4]=36000.7\mathrm{kg}/h$

一次坑外风量44000m³/h，质量流量为 $44000\×29\×[\frac{273}{(273-4)}/22.4]=57811.34\mathrm{kg}/h$

热平衡式为0.85×4375.6×1.122×(100-t_x)+0.85×1186.18×2257+0.85×1186.18×4.124×(100-t_x)＝18697×1.122×(t_x-20)+36000.7×1.122×[t_x-(-4)]+57811.34×1.122×[t_x-(-4)]

t_x＝23.09℃

以夏季对循环水箱水温进行校核：设冷凝水回用可以循环水和平衡在t_g℃，则有

6087.71×4.126×(100-t_g)＝1186.18×4.126×(t_g-53)

t_g＝92.33℃

在冬季-4℃循环水箱温度为t_g’

6087.71×4.126×(100-t_g’)＝1186.18×4.126×(t_g’-23.09)

t_g’＝87.46℃

符合循环水箱以90℃计算的设计思路。

四、冷风降温室热平衡计算

夏季室外温度较高，防伪装较容易实现，仅以冬季-4℃为例考虑二次坑外风补充问题。

若要求排出废气温度与坑外温度相差20℃计，则排出废气为-4℃+20℃＝16℃，设补风二次坑外风量为W₄kg/h

4375.6×1.122×(23.09-16)+18697×1.122×(23.09-16)+36000.7×1.122×(23.09-16)+57811.34×1.122×(23.09-16)

＝W₄×1.122×[16-(-4)]

则W₄＝41435.6 kg/h，

设补风量为Q₂m³/h

则有 $Q_2\×[\frac{273}{(273-4)}/22.4]\×29=41435.6$

Q₂＝31533.9m³/h

可选择31600m³/h，风机压头500Pa即满足要求。依次可计算出允许排出混合废气与外界相差10℃、5℃所需要的二次补风量来满足战备除雾防伪装要求，另外在排烟口做一个伞型风帽可强化防伪装效果。

Claims (5)

1、坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是将柴油发电机排出的高温废气引入喷淋汽化室，喷淋汽化室内设有与水泵及循环水箱相连的喷淋头和折流板，喷水方向与废气折转后来流方向相对，经降温的汽化废气由喷淋汽化室出口连接至风管混合降温室进口，风管混合降温室还设有坑道废气及坑外风进口，风管混合降温室出口连接至冷风降温室进口，冷风降温室亦设有坑外风进口和折流板，折流板后设有丝网，冷风降温室排气口设置于丝网后，喷淋汽化室、风管混合降温室和冷风降温室均设有排水口与循环水箱连通。

2、根据权利要求1所述的坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是所说折流板是在气流后方设置的多块留有交错气流空挡的挡风板或多列间隔布置的尖劈形槽板，两种折流板结构单独或组合布置。

3、根据权利要求1或2所述的坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是风管混合降温室进口设置于底部，出口设置于顶部，坑道废气及坑外风进口为水平、扩张口进气。

4、根据权利要求1或2所述的坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是循环水箱内设有高、低水位液位控制器，分别与循环水箱的电控排水、给水阀连通。

5、根据权利要求3所述的坑道柴油发电机的废气降温、消烟、除雾装置，其特征是循环水箱内设有高、低水位液位控制器，分别与循环水箱的电控排水、给水阀连通。

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