RS52289B - Mokri industrijski filter - Google Patents

Description

Pronalazak pripada oblasti mašinstva uopšte, a odnosi se na sve oblasti tehnike koje imaju potrebu otprašivanja gasa i odstranjivanja štetnih gasova nastalih u industrijskim procesima, pre svega misli se na sumporne okside SOx, azotne okside NOx, i ugljenične okside COx. Prema međunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) oznakaje:

- A47 L — 9/18 - filteri sa tešnošću

- B01D- 47/00 - izdvajanje čestica disperzovanih u gasu, gasovima ili u parama korišćenjem tečnosti kao sredstva za odvajanje - B01D- 47/02 - izdvajanje čestica disperzovanih u gasu, gasovima ili u parama prolaskom kroz tečno kupatilo ili iznad njga.

Tehnički problem

Tehnički problem koji se rešava predmetnim pronalaskom sastoji se u tome kako tehničkom konstrukcijom resiti mokri industrijski filter (MIF) kojim bi se ostvarilo da se u prečišćenom gasu iz termoelektrana, toplana i drugih industrijskih postrojenja količina prašine koja se ispušta u atmosferu svela na nivo koliko se nalazi u atmosferi u retko naseljenom planinskom području, kao i da iz njih odstranjuje pojedine štetne gasove (npr. sumporne, azotne i ugljenične okside) i time značajno smanji oštećenja biljaka, naročito šuma i obezbedi povećanje poljoprivredne proizvodnje i zdrave hrane.

Zatim, kako ugradnjom MIF u usisivač prašine i klima uređaj resiti, tehnički problem da isti, pored svoje izvrsne i osnovne namene čišćenja, posliži i u ekcesnim situacijama da zagađeni spoljni vazduh očisti od: dima u velikim požarima, prašine u peščanim olujama i prašine od vulkanskih erupcija i omogući da zatvorene prostorije budu sigurno sklonište od zagađenog spoljnog vazduha.

Stanje tehnike

Objekti kao što su: termoelektrane, toplane i razna mala i velika ložišta, cementare, peskarnice, hemijske fabrike i drugi slični objekti, ukoliko nemaju instalirane filtere, izbacuju u atmosferu milijarde m<3>gasa koji sadrži i po 2000 mg/m<3>prašine, a najčešće su ti gasovi i štetni (sadrže sumporne okside SOx, azotne oksida NOx, ugljenične okside COx...) ili sa sobom nose otrovnuu tečnost u obliku sitnih kapljica, a posledice su kisele kiše. Iz tih razloga ogromni su intelektualni i naučni napori, kao i materijalna ulaganja da se ovaj Svetski problem reši.

Sada se proces otprašivanja gasova, na industrijskim objektima, vrši raznim filterima kao što su: pregradni (od sintetike, tkanine, papira..), mokri (na principu brbotanja i vodenih zavesa), elektromagnetni, skruberi, cikloni... Tehnička rešenja i konstrukcije ovih, za sada savremenih filtera, obezbeđuju da prečišćeni gas sadrži 50 do 200 mg/m3 prašine (zavisi od starosti i tipa filtera), a veličina čestica dostiže i do 300 mikrona. Međutim, malo se postiglo na odstranjivanju štetnih gasova, to je još na nivou eksperimenta.

Takođe, kao posledica zagađenja atmosfere u urbanim sredinama i industrijskim oblastima vazduh u prostorijama u kojim ljudi borave je zagađen, naročito zimi. Ovo je uzrok mnogih oboljenja.

Kvalitet prečišćenog vazđuha u prostorijama zavisi od načina filtracije. Suvim filterima osnov je porozna pregrada (od papira, tkanine, metala ili sintetike) koja propušta čestice prašine zavisno od veličine otvora na pregradi. Povećanjem količine prašine na pregradi povećava se i utrošak energije. Smanjenjem otvora na pregradi (do 0,3 mikrona kao što je HEPA filter) povećava se takođe utrošak energije. Deo bakterija, mikro organizmima, grinja i si. (mnoge su manje od 0,3 mikrona) se raspršuje sa vazduhom i ostaje u prostoriji. Drugi deo koji ostane na filteru usisivača ili klima uređaja ima idealne uslove za razmnožavanje: organske materije (uginuli insekti, bakterije, grinje, koje u filter ulaze zajedno sa vazduhom spolja ili iz prostorije), toplotu (od grejača i elektro motora), mrak (unutar filtera) i vlagu. Obično filteri ostaju u upotrebi po nekoliko nedelja, pa i meseci. Kada se naredni put uključe u proces rada izbacuje se i raspršuje iz njih, u prostoriju, mnogo toga što zdravlju šteti. Ovo je problem i kod klima uređaja i usisivača.

Gravitaciono ejektorski mokri filter, patent 50347 B, je konstrukcija koja je namenjena za otprašivanje gasa. Medjutim, pored velikog napredka u kvalitetnom otprašivanju gasa konstrukcija ima i nedostataka, a to su: relativno velike horizontalne površine na tunelima sa mešačem i mali prolaz između levka i izlaznog otvora cevi mešača. To su mesta gde se javljaju naslage i taloženja materijala. Da bi se obezbedilo kvalitetno otprašivanje gasa, bilo je često potrebno obustaviti proces rada da bi se naslage otklonile.

Deflektor za mokre filtre sa mešačem, patentna prijava 325 /04, je konstrukcija od tri deflektora kojim se rešava problem smanjivanja broja čestica i kapljica tečnosti koje se ispuštaju iz filtra sa prečišćenim gasom u atmosferu. Ovo je odlično rešenje za usisivač prašine, ali zbog kompleksnosti konstrukcije za veće protoke nije.

Elektro-statički filteri sa pozitivno naelektrisanim pločama, jednosmernim naponom od 12000 do 15000 V smatraju se efikasnim, ali i skupim. Sve čestice se ne mogu naelektrisati pa su se primenjivali u kombinaciji i sa mokrim pregradnim filterom natopljenim uljem.

Za ostranjivanje mirisa koriste se filteri od aktivnog uglja, zatim filteri sa ultraljubičastim zracima ili vlažni filteri natopljeni strogo doziranom količinom trietil-glikola za eleminaciju mikroba, ili razni filteri za atomsko - hemijsku i biološku zaštitu koji su složeni i skupoceni.

U sadašnjim uslovima ne postoje zaštitna tehnička sredstva u svakodnevnoj upotrebi u domaćinstvima koja bi se, kad zatreba, mogla upotrebiti u zaštiti u ekcesnim situacijama od dima u velikim požarima, prašine u peščanim olujama i prašine od vulkanskih erupcija omogućavajući da svaki dom i poslovni prostor bude sigurno zdrastveno sklonište stanovništva.

Suštna pronalaska

Suština pronalaska je u tome što se ovaj mokri industrijski filter može primeniti za otprašivanje i hemijsko prečišćavanje kontaminiranog gasa protoka od nekoliko litara do nekoliko hiljada kubnih metara u sekundi. Ovaj filter je podeljen vertikalnim pregradama na više komora. Postoje dve vrste komora koje su međusobno razdvojene pregradama i to: komore prečišćenog gasa i komore fizičko hemijskih procesa. U komarama prečišćenog gasa završava se proces fizičko hemijskog prečišćavanja. Istovremeno se kroz komore prečišćenog gasa kontaminirani gas vodi do svih fizičko hemijskih reaktora sa dubinskim cevima (reaktora) i komora fizičko hemijskih procesa u kojima su smešteni sferni deflektori. Donji deo filtera je posuda u kojoj se nalazi filtrant (tečnost) i sjedinjuje sve delove filtera. Ako se vrši samo otprašivanje gasa filtrant je voda. Međutim, ako postoji potreba da se pored odprašivanja odstranjuju i štetni gasovi (kao što su SOx, NOXiC0x ...)i pretvore u ekološki neutralne čestice koje se mogu koristiti kao sirovina za proizvodnju veštačkog đubrivo ili građevinskog materijala, filtrant će biti adekvantni rastvor hemijskih jedinjenja u vodi (npr. amonijum ili kalijev hidroksid i voda, krečno mleko..). Održavanje nivoa i koncentracije filtranta u posudi vrši se kontinualnim dovođenjem filtranta određenog sastava i odvođenjem mulja. Isti nivo i kocentracija filtranta u svim komorama održava se principom spojenih sudova i velikim protočnim otvorima u filtrantu jer su pregrade samo zaronjene u filtrant. Dovodnim kanalima kontaminirani gas se razvodi po komorama. Konstrukcija MIF-a omogućava rad sa podpritiskom u komorama, odnosno isisavanje prečišćenog gasa. Kontaminirani gas se dovodnim kanalom dovodi do ulaznog kolektora odakle se horizontalnim cevima razvodi u T cevi koje su na određenom rastojanju ubodene u horizontalne cevi. Iz T cevi gas se razvodi na par reaktora. Svi reaktori rade istovremeno i paralelno tako da je teorijski pad pritiska kroz ceo filter (bilo kog nazivnog protoka) jednak padu pritiska kroz jedan reaktor.

Reaktori su smešteni u dve komore. To su cevi prečnika 25 do 50 mm i horizontalno su postavljene pod uglom od 90° u odnosu na pregrade između komora i zaronjene su u filtrant. Na određenom rastojanju od uboda u T cev, otvor cevi fizičko hemijskih reaktora sa dubinskim cevima horizontalnom pregradom podeljen je na dva dela i to gornji i donji. Donji deo cevi reaktora, s čelne strane ima otvor i spojen je sa T vertikalnom cevi i kroz nju se neprekidno snabdeva kontaminiranim gasom. Gornji deo, s prednje strane, je zatvoren. Ima otvore sa strane i spojen je sa bočnim dubinskim cevima koje su zaronjene u filtrant, te zbog podpritiska u cevi reaktora i sile uzgona u bočnim cevima, gornji deo se neprekidno snabdeva filtrantom. Nakon prestanka horizontalne pregrade zbog dejstva sile gravitacije filtrant pada ka donjem delu cevi stvarajući tečnu zavesu. Gasna struja naleće na tečnu zavesu i svojom kinetičkom energijom raspršuje filtrant u kapljice, molekule i jone Nastaje proces mešanja gasne i tečne faze i praktično počinju fizičko hemijski procesi između faza. Ulazni otvori bočnih dubinskih cevi zaronjeni su u filtrant da bi se sprečilo usisavanje plivajućih čestica, ali ne i toliko duboko da bi došlo do usisavanja taloga. Gasna smeša se iz reaktora, koji je u blagom luku povijen na gore, usmerava kroz sloj filtranta, noseći i kapljice filtranta, naleće na sferni deflektor, postavljen tačno u osi izlaznog otvora reaktora, a iznad nivoa filtranta, menja pravac i u vidu lepeze usmerava se ka filtrantu. Natoljene čestice i kapljice zadržavaju se u filtrantu, a kroz tečnu lepezu gasna struja usmera se naviše, menja smer i kroz mlaznicu u obliku klina, koja se nalazi u pregradi između komora, usmerava se ka filtrantu komore prečišćenog gasa gde se zadržavaju preostale čestice i kapljice. Prečišćen gas kroz otvore na poklopcu vodi se ka izlaznom kolektoru i odvodnom kanalu.

Pronalaskom konstrukcije mokrog industrijskog filtera dobit će se: prvo, prečišćen gas niske koncentracije prašine, manje od 0,05 mg/m<3>i kvaliteta u retko naseljenom planinskom području, iz kontaminiranog gasa sa koncentracijom prašine i do 10000 mg/m<3>; drugo, eliminiše 99,4% do 100% štetne gasove (kao što su SOx, NOx>C0x ...) i prevodi ih u sirovinu za proizvodnju veštačkog đubriva ili građevinskog materijala; treće, dobij a se toplotna energija hlađenjem toplih dimnih gasova pre ulaska u filter, koji inače odlaze u atmosferu, iz postojećih energetskih postrojenja, bez promene osnovne tehnologije procesa rada. U TE može se dobiti i do 20% toplotne energije od ukupne toplotne energije TE; četvrto, modularna gradnja sa unificiranim komponentama i postojećom tehnologijom rezultira jeftiniju izradu u odnosu na postojeće filtere;

Kratak opis sika

SI. 12b.- Prikazuje fizičko hemijski reaktor sa bočnim dubinskim cevima, uzdužni presek

SI. 12c - Prikazuje presek A-A sa SI. 12b

SI. 15 - Mokri industrijski filter, poprečni presek

SI. 16 - Mokri industrijski filter, uzdužni presek, pogled na dole

SI. 17 - Mokri industrijski filter, uzdužni presek, pogled na gore

SI. 18 - Mokri industrijski filter, presek izlazne komore

SI. 19 - Detalj pregrada sa mlaznicom

SI. 20 - Sematski prikaz primene mokrog industrijskog filtera u TE.

Detaljni opis pronalaska

Ulazni kanal 52, SI. 15, 16, 17 i 18 čvrsto i hermetički je uboden u ulazni kolektor 53. Ulazni kolektor 53 čvrsto i hermetički je spojen sa stranom 104 posude 41 u koju su hermetički ubodene horizontalne cevi 54. Horizontalne cevi 54 pričvršćene su ispod poklopca 51 a u komorama II i IV prečišćenog gasa. Horizontalne cevi 54 su jednim otvorenim krajem čvrsto i hermetički ubodene u stranu 104 prema ulaznom kolektoru. Drugi hermitički zatvoreni kraj oslonjen je na naspramnoj strani 103. Ako ima više horizontalnih cevi, iste se postavljaju u jednu horizontalnu ravan. U horizontalne cevi, prema piramidalnom delu posude, čvrsto i hermetički su ubodene vertikalne T cevi 60. Ako ih ima više postavljaju se na određenom rastojanju jedna iza druge u jednoj vertikalnoj ravni. Na drugom kraju pod uglom od 90° u odnosu na pregradu 44a vertikalna cev se račva i prelazi u horizontalne cevi na koje se nastavlja fizičko hemijski reaktor sa dubinskom cevi 61 (reaktor). Reaktori su postavljeni u jednoj horizontalnoj ravni. Na početku horizontalne dužine reaktora, iza uboda u vertikalnu T cev, šupljina cevi reaktora je horizontalnom pregradom 4, SI. 12b i 12c, podeljena na dva dela i to gornji i donji deo cevi reaktora. Donji deo cevi 3 reaktora s čelne strane ima otvor i spojen je sa T vertikalnom cevi. Gornji deo, s prednje strane hermetički je zatvoren kosom pregradom 6. Gornji deo ima otvore sa strane u koje su čvrsto i hermetički ubodene bočne dubinske cevi 5. Dubinsku cev čine dve L cevi. Postavljene su tako da formiraju U cev koja stoji normalno u odnosu na dužu osu reaktora. Jedan krak L cevi okrenut je prema dubini filtranta. Drugi kraj čvrsto i hermetički je uboden u otvor u gornjom delu cevi reaktora. Drugi kraj horizontalne cevi reaktora, u blagom luku od 90°, prelazi u vertikalnu cev čiji je izlazni otvor potopljen u filtrant, na određenom rastojanju od nivoa filtranta. Centar sfernog deflektora 62 se postavlja tačno iznad centra izlaznog otvora reaktora 61 s tim da se njegova donja površina nalazi iznad nivoa filtranta. Držač 63 deflektora čvrsto je pričvršćen za poklopac 51. Donja površina sfernog deflektora dobijena je rotacijom polukružnice, okrenute prema dole, oko njegove vertikalne ose. Posuda 41 je podeljena pregradama 44a i 44b na više komora. Kornere su ograničene pregradama 44a i 44b, stranicamama 101, 102,103 i 104, posude poklopcem 51 i nivoom filtranta 72. Pregrede se uvek postavljaju između horizontalnih cevi 54 i reda sfernih deflektora 62. Pregrade 44a, 44b su vertikalno čvrsto i hermetički pričvršćene za naspramne stranice 102 i 104 prizmatičnog dela posude 41. Pregrada 44b je hermetički spojena sa poklopcem 51, a pregrada 44a je jednim krajem spuštena do cevi 61 reaktora .Krajevi pregrada 44a i 44b svojim površinama 84a i 84b, SI. 19, formiraju mlaznicu 49 sa međuprostorom u obliku klina. Mlaznice su usmerene koso ka horizontalnoj cevi 54 i piramidalnom delu posude. Razlikujemo dve vrste komora: a.- komore prečišćenog gasa i b.-komore fizičko hemijskih procesa. Komora I, III i V fizičko hemijskih procesa je zatvoren prostor u kome se nalaze sferni deflektori 62 i izlazni otvori hemijskih reaktora. U komorama II i IV prečišćenog gasa smeštene su horizontalne cevi, vertikalne T cevi i počeci hemijskih reaktora. Broj komora zavisi od broja horizontalnih cevi i redova sfernih deflektora. Poklopac 51 hermetički zatvara posudu 41. Gornji deo posude ima oblik pravougaone prizme. Sa donje strane posuda se nastavlja u obrnutu piramidu na čijem je dnu čvrsto i hermetički pričvršćena cev 65 sa zatvaračem 66. U gornji deo posude u visini fizičko hemijskih reaktora sa dubinskom cevi čvrsto i hermetički je ubodena cev 67 sa zatvaračem 68.

Poklopac je delimično otvoren na delovima iznad komora prečišćenog gasa iznad koga je čvrsto i hermetički postavljen izlazni kolelektor 55 sa izlaznim kanalom 56. U posudi se do određenog nivoa 72 nalazi filtrant 71, tečnost (voda ili vodeni rastvor). Filtrant je voda ili rastvor nekog hemijskog jedinjenja u vodi. Za otprašivanje gasa filtrant je voda. Ako se iz kontaminiranog gasa žele otstraniti neke štetne komponente, kao što su produkti sagorevanja fosilnih goriva (SOx, NOxili COx...) filtrant može biti vodeni rastvor amonijaka, kalijuma,krečna voda... čime se štetne komponente prevode u stabilne materije koje se nakon taloženja mogu izdvojiti iz posude i poslužiti kao sirovina za proizvodnju veštačkog đubriva ili građevinskog materijala već poznatim postupcima. Nivo filtranta, kao i njegova koncentracija se održava konstantnim stalnim dotokom svežeg filtranta i odvođenjem mulja sa dna posude.

Najkompleksnija primena MIF je prečišćavanje dimnih gasova iz većih ložišta sa prirodnim gorivima (ugalj, nafta i derivati, plin..). Shematski prikaz rada MIF na prečišćavanju dimnih gasova termoelektrana dat je na S1.20. Dimni gasovi iz ložišta 1 provede se kroz procesni sistem termoelektrane i preko dimnih kanala odvode se u dimnjak. Temperatura dimnih gasova u dimnom kanalu neposredno ispred ulaska u dimnjak može biti i do 280°C. Tako topli dimni gasovi nisu pogodni za tretman u MIF te dimne gasove treba ohladiti u razmenjivaču toplote 2 do ispod 50°C. Ohlađeni dimni gasovi uvode se MIF 3. Kako se dimni gasovi odvode ka hladnjaku, odnosnu MIF, iz dimnog kanala neposredno na ulazu u dimnjak to se ni na koji način ne utiče na proces rada termoelektrane. Kontaminirani gas može se provesti kroz MIF usisavanjem prečišćenog gasa u kom slučaju u posudi vlada podpritisak. Na ovaj način sprečava se curenje van posude a pogonski uređaj (ventilator npr.) nalazi se na strani ohlađenog i prečišćenog gasa. Pogodnom konstrukcijom može se, teorijski, napraviti MIF bilo kog protoka sa jednakim padom pritiska kroz uređaj. Zbog mogućnosti rada pod podpritiskom pogonski uređaj (npr. ventilator) se može postaviti na strani prečišćenog i ohlađenog gasa. U ovom slučaju sprečeno je ispuštanje gasa iz

MIF.

Mokri industrijski filter može se primeniti u klima uređajima i usisivačima prašine za prečišćavanje vazduha radi zaštite stanovništva od dima i prašine u ekcesnim situacijama: požar, peščana oluja, vulkanska erupcija što omogućava da svaki dom i poslovne prostorije budu zaštitno sklonište. Takođe MIF odlično čisti vazduh zagađen kancerogenom ugljenom prašinom, koja nastaje trošenjem ugljenih četkica prilikom hlađenja elektro-motora.

Claims (1)

1. Mokri industrijski filter, naznačen time, što se sastoji od posude (41) čiji je gornji deo (41a) izveden u obliku prizme sa stranama (101, 102, 103,104) a donji deo(41b) u obliku piramide; što obuhvata pregrade (44a, 44b) koje su vertikalno čvrsto i hermetički pričvršćene za naspramne stranice (103, 104) prizmatičnog dela posude (41); pregrada (44b) je hermetički spojena sa poklopcem (51), a pregrada (44a) je jednim krajem uronjena u filtrant (71) do fizičko hemijskog reaktora sa dubinskom cevi (61); krajevi pregrada (44a, 44b) svojim površinama (84a, 84b) formiraju mlaznicu (49) koja je usmerena ka horizontalnoj cevi (54) pod oštrim uglom u prizmatičnom delu posude (41); pregrade(44a, 44b) su postavljene između svake horizontalne cevi(54) i niza sfernih defiektora(62); dovodni kolektor (53) je sa jedne strane čvrsto i hermetički spojen sa dovodnim kanalom (52) a sa druge strane je hermetički i čvrsto spojen sa stranom (104) prizmatičnog dela posude (41); što su horizontalne cevi (54) jednim otvorenim krajem čvrsto i hermetički ubodene u stranu (104) a prema kolektoru (53); drugi kraj horizontalne cevi (54) je hermetički zatvoren i oslanja se na stranicu (103); horizontalne cevi (54) postavljene su ispod poklopca (51) u jednu horizontalnu ravan; što su vertikalne T cevi (60) čvrsto i hermetički pričvršćene u koloni jedna iza druge za horizontalnu cev (54), a na drugom kraju su račvaste i uronjene u filtrant (71); sferni deflektori (62) su držačima (63) pričvršćeni za poklopac (51) u koloni jedan za drugim a u osi svakog od izlaznih otvora fizičko hemijskih reaktora sa dubinskom cevi (61); što su na poklopcu (51) izvedeni otvori (106) u osi horizontalnih cevi (54), i što su otvori (106) hermetički obuhvaćeni izlaznim kolektorom (55) sa čvrsto i hermetički spojenim izlaznim kanalom (56); što je u najnižoj tački piramidalnog dela posude(41) čvrsto i hermetički spojena cev (65) sa zatvaračem (66); što je u jednu od stranica prizmatičkog dela posude (41) a u nivou fizičko hemijskih reaktora sa dubinskom cevi (61) čvrsto i hermetički spojena cev (67) sa zatvaračem (68).