RU2367849C1

RU2367849C1 - Multisection unit of heat generator fume gas treatment and utilisation in independent heat supply system

Info

Publication number: RU2367849C1
Application number: RU2008112823/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention concerns thermal power industry, particularly heat supply, and can be applied in heat and condensate treatment and utilisation of fume gas generated by thermal generators of independent heat supply systems. Multisection treatment and utilisation unit for fume gas of heat generator in independent heat supply system includes input gas collector with bottom holes featuring sectional sliding gates, to which sections are attached. Sections include ridged vertical cooling and condensation columns separated by air gaps and connected to each other and to treatment column with removable sideboard by collectors. Removable perforated flanged chutes are installed in checkerboard order inside treatment column and filled with hydrated lime (Ca(OH₂)) chips. Treatment column features conical bottom and removable sideboard, column top is connected to gas outlet collector and to funnel with deflector, and column bottom is connected to purified condensate collector by a slit. Columns of all sections are placed inside housing covered at opposite ends by removable cap with ventilator and by cap with hot air pipe.

EFFECT: improved economical and environmental efficiency of multisection unit of fume gas treatment and utilisation.

5 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано для очистки и утилизации тепла и конденсата дымовых газов теплогенераторов систем автономного теплоснабжения.The invention relates to a power system, namely to heat supply, and can be used for cleaning and utilizing heat and condensate of flue gases from heat generators of autonomous heat supply systems.

Известна котельная, состоящая из водогрейного котла, соединенного трубопроводами с системой теплоснабжения и газоходом дымовых газов, сообщающихся с атмосферой через систему (блок) утилизации тепла, представляющую собой калорифер для нагрева воздуха за счет тепла уходящих газов, подаваемого затем в топку котла дутьевым вентилятором через воздуховод горячего воздуха [1].A boiler room is known, consisting of a hot water boiler connected by pipelines to a heat supply system and a flue gas duct communicating with the atmosphere through a heat recovery system (unit), which is a heater for heating air due to the heat of the exhaust gases supplied then to the boiler furnace by a blower fan through an air duct hot air [1].

Недостатками известной котельной является громоздкость конструкции и невозможность очистки дымовых газов от вредных примесей, что не позволяет использовать ее в автономных системах теплоснабжения.The disadvantages of the well-known boiler house are the cumbersome design and the inability to clean flue gases from harmful impurities, which does not allow its use in autonomous heat supply systems.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автономная система квартирного теплоснабжения, содержащая водогрейный котел, снабженный блоком очистки и утилизации тепла дымовых газов, состоящего из секций охлаждения и конденсации, представляющих собой вертикальные каналы (колонки), отделенные друг от друга воздушными зазорами, соединенные между собой и с колонкой очистки дымовых газов коллекторами, причем внутри колонки помещены съемные вертикальные перфорированные пластины, покрытые слоем гашеной извести (Ca(ОН)₂), сверху размещен дефлектор, а снизу - коническое днище, соединенное через гидрозатвор с канализацией [2].Closer in technical essence to the present invention is an autonomous apartment heating system comprising a hot water boiler equipped with a flue gas cleaning and heat recovery unit, consisting of cooling and condensation sections, which are vertical channels (columns), separated from each other by air gaps, connected between each other and with a flue gas cleaning column by collectors, and inside the column are placed removable vertical perforated plates coated with a layer of slaked lime ty (Ca (ОН) ₂ ), a deflector is placed on top, and a conical bottom connected through a water trap to the sewer [2].

Основными недостатками известного блока очистки и утилизации системы автономного квартирного теплоснабжения являются невозможность повышения КПД теплогенератора, сброс конденсата водяных паров дымовых газов в канализацию, малая производительность и невозможность его использования для автономного теплоснабжения общественных, промышленных и жилых многоквартирных зданий с широким диапазоном изменения нагрузки, что снижает его экономическую и экологическую эффективность.The main disadvantages of the known unit for cleaning and disposing of an autonomous apartment heating system are the impossibility of increasing the efficiency of the heat generator, the discharge of flue gas water vapor condensate into the sewer, the low productivity and the inability to use it for autonomous heating of public, industrial and residential multi-apartment buildings with a wide range of load changes, which reduces its economic and environmental effectiveness.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение экономической и экологической эффективности мультисекционного блока очистки и утилизации дымовых газов теплогенератора автономной системы теплоснабжения.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase the economic and environmental efficiency of a multi-section unit for cleaning and utilizing flue gases from a heat generator of an autonomous heat supply system.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый мультисекционный блок очистки и утилизации дымовых газов теплогенератора автономной системы теплоснабжения включает секцию, состоящую из вертикальных колонок охлаждения и конденсации, отделенных друг от друга воздушными зазорами, соединенных верхним и нижним коллекторами между собой и с колонкой очистки с коническим днищем, внутри которой помещена гашеная известь (Ca(ОН)₂), а сверху размещена дымовая труба с дефлектором, при этом к входному газовому коллектору, в днище которого устроены отверстия, снабженные секционными шиберами, присоединены отдельные секции с оребренными вертикальными колонками охлаждения и конденсации, днище нижнего коллектора каждой секции выполнено с уклоном по ходу движения дымовых газов, под каждой четной оребренной колонкой в нем устроены перегородки с отверстиями, его выходной торец соединен с колонкой очистки секции, снабженной съемным бортом, внутри которой по всей высоте в шахматном порядке установлены съемные перфорированные отбортованные лотки, заполненные крошкой гашеной извести (Ca(ОН₂)), сверху соединенной с выходным газовым коллектором, который сообщается с атмосферой через дымовую трубу и дефлектор, а снизу через щель с коллектором очищенного конденсата, примыкающим к днищам нижних коллекторов и соединенным, в свою очередь, через штуцер с системой отопления, при этом колонки всех секций помещены в кожух, закрытый с противоположных торцов съемной крышкой с вентилятором и крышкой с патрубком горячего воздуха соответственно.The technical result is achieved by the fact that the proposed multisection unit for cleaning and utilizing flue gases from a heat generator of an autonomous heat supply system includes a section consisting of vertical cooling and condensing columns separated by air gaps, connected by upper and lower collectors to each other and to a cleaning column with a conical bottom inside which is placed slaked lime (Ca (OH) ₂₎ and placed on top chimney with a deflector, wherein the inlet gas manifold, in which at the bottom three-hole openings equipped with sectional dampers, separate sections with vertical fin cooling and condensation columns connected, the bottom of the lower collector of each section made with a slope in the direction of the flue gas, baffles with holes are arranged under each even finned column, its outlet end is connected to the column of cleaning a section equipped with a removable board, inside of which, over the entire height, staggered removable perforated flanged trays filled with slaked crumb are installed staggered STI (Ca (OH _2)), the top connected to the outlet gas manifold, which communicates with the atmosphere through the chimney and the deflector, and from below through the gap to the collector of the purified condensate adjacent the bottom of the lower reservoir and connected in turn, through the sleeve with heating system, while the columns of all sections are placed in a casing closed from opposite ends with a removable cover with a fan and a cover with a hot air pipe, respectively.

Предлагаемый мультисекционный блок очистки и утилизации дымовых газов теплогенератора дымовых газов системы автономного теплоснабжения изображен на фиг.1-5.The proposed multisection unit for cleaning and utilizing flue gases from a flue gas heat generator of an autonomous heat supply system is shown in FIGS. 1-5.

Мультисекционный блок очистки и утилизации дымовых газов теплогенератора системы автономного теплоснабжения состоит из входного газового коллектора 1, в днище которого устроены отверстия, снабженные секционными шиберами 2, к которым присоединены секции 3, состоящие из вертикальных колонок охлаждения и конденсации 4, снабженных ребрами 5, отделенных друг от друга воздушными зазорами 6 и соединенных между собой вверху и внизу через верхний и нижний коллекторы 7, 8 соответственно, внутри нижнего коллектора 8, днище которого выполнено с уклоном по ходу движения дымовых газов, под каждой четной колонкой 4 также по ходу дымовых газов устроены перегородки 9 с отверстиями 10, выходной торец коллектора 8 соединен с низом колонки очистки 11 секции 3, внутри которой по всей высоте в шахматном порядке установлены съемные перфорированные отбортованные лотки 12, заполненные крошкой гашеной извести (Ca(ОН₂)) 13, при этом колонка очистки 11 снабжена коническим днищем 14 и съемным бортом 15, сверху соединена с выходным газовым коллектором 16, который сообщается с атмосферой через дымовую трубу 17 и дефлектор 18, снизу через щель 19 с коллектором очищенного конденсата 20, примыкающим к днищам нижних коллекторов 8 и соединенным через штуцер 21 с системой отопления (на фиг.1-5 не показана), причем колонки 4 и 11 секций 3 помещены в кожух 22, закрытый с торцов съемной крышкой 23 с вентилятором 24 и крышкой 25 с патрубком горячего воздуха 26.The multisection unit for cleaning and utilizing the flue gases of a heat generator of an autonomous heat supply system consists of an inlet gas collector 1, in the bottom of which there are openings equipped with section gates 2, to which sections 3 are connected, consisting of vertical cooling and condensation columns 4, equipped with fins 5, separated by one from each other by air gaps 6 and interconnected above and below through the upper and lower collectors 7, 8, respectively, inside the lower manifold 8, the bottom of which is made with a slope m along the flue gas movement, baffles 9 with openings 10 are also arranged under each even column 4 along the flue gases, the outlet end of the collector 8 is connected to the bottom of the cleaning column 11 of section 3, inside of which removable perforated flanged trays are installed staggered throughout the height 12 filled with crumb slaked lime (Ca (OH ₂₎₎ 13, the purification column 11 is provided with a conical bottom 14 and the removable board 15, the top connected to the outlet gas manifold 16 which communicates with the atmosphere through a stack 17 and Defla ktor 18, from below through a slot 19 with a collector of purified condensate 20 adjacent to the bottoms of the lower collectors 8 and connected through a fitting 21 to the heating system (not shown in Figs. 1-5), with columns 4 and 11 of sections 3 placed in the casing 22, closed at the ends with a removable cover 23 with a fan 24 and a cover 25 with a hot air pipe 26.

Мультисекционный блок очистки и утилизации дымовых газов теплогенератора дымовых газов системы автономного теплоснабжения работает следующим образом. Дымовые газы, образующиеся в топке теплогенератора (на фиг.1-5 не показан), поступают по газоходу во входной газовый коллектор 1 и при открытых шиберах 2 распределяются по секциям 3. В каждой секции 3 дымовые газы по вертикальным колонкам 4 двигаются поочередно сверху вниз и снизу вверх, охлаждаясь при этом до температуры ниже точки росы с образованием конденсата водяных паров, при теплообмене через стенки колонок 4 с потоком наружного воздуха, подаваемого вентилятором 24, который нагревается, омывая наружную поверхность колонок 4, снабженных ребрами 5. Наличие ребер 5 увеличивает теплообменную поверхность, в результате чего значительно возрастает скорость теплопередачи между воздухом и дымовыми газами, после чего нагретый воздух из патрубка 26 поступает на горение в топку теплогенератора. Охлажденные дымовые газы из нижних коллекторов 8 поступают в низ колонок очистки 11 и движутся снизу вверх между перфорированными отбортованными лотками 12, заполненными крошкой гашеной извести (Ca(ОН₂)) 13, частично проникая в нее и с которой происходят реакции взаимодействия находящихся в дымовых газах оксидов и диоксида азота (NO_x), диоксида углерода (СО₂), уносимых капель конденсата с образованием нитрита кальция (Ca(NO₂)₂), нитрата кальция (Ca(NO₃)₂), углекислого кальция (СаСО₃), после чего очищенные от значительной части вредных примесей ([3, с.417, с.483], [4, с.227]) дымовые газы через выходной газовый коллектор 16, дымовую трубу 17 и дефлектор 18, который усиливает величину тяги [5, с.309], удаляются в атмосферу. Капли конденсата водяных паров адсорбируются на частицах извести 13 и сажи, часть которых из лотков 12 и потока газа под действием силы тяжести падают в виде влажных частиц или стекают вниз по внутренним стенкам колонок 11 в виде пленки в коническое днище 17, где смешиваются с конденсатом, стекающим по наклонному днищу нижнего коллектора 8, с которым также происходят вышеописанные реакции. При этом в нижней части колонки 11 и днища 14 также под действием сил тяжести происходит разделение стекающего конденсата на верхний слой воды (очищенного конденсата) и нижний, где скапливается более тяжелый шлам (частицы извести и сажи), насыщенный раствором образовавшихся солей, и вывод через щель 19 очищенного конденсата в коллектор 20, откуда через штуцер 21 осуществляется подпитка сетевой воды.A multisection unit for cleaning and utilizing flue gases from a flue gas heat generator of an autonomous heat supply system operates as follows. The flue gases generated in the furnace of the heat generator (not shown in FIGS. 1-5) enter the inlet gas manifold 1 through the gas duct and, with open gates 2, are distributed into sections 3. In each section 3, the flue gases move vertically 4 vertically downwards alternately and from the bottom up, while cooling to a temperature below the dew point with the formation of condensation of water vapor, during heat exchange through the walls of the columns 4 with the flow of external air supplied by the fan 24, which is heated by washing the outer surface of the columns 4, equipped with 5. The presence of fins 5 increases the heat exchange surface, as a result of which the heat transfer rate between air and flue gases increases significantly, after which the heated air from the pipe 26 enters the combustion chamber of the heat generator. Cooled flue gases from the lower collectors 8 enter the bottom of the cleaning columns 11 and move from bottom to top between perforated flanged trays 12 filled with slaked lime crumbs (Ca (ОН ₂ )) 13, partially penetrating into it and with which reactions of interaction occurring in the flue gases oxides and nitrogen dioxide (NO _x ), carbon dioxide (CO ₂ ), entrained drops of condensate to form calcium nitrite (Ca (NO ₂ ) ₂ ), calcium nitrate (Ca (NO ₃ ) ₂ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ), then purified from a significant part of harmful impurities ([3, p. 417, p.483], [4, p.227]) the flue gases through the gas outlet 16, the chimney 17 and the deflector 18, which enhances the draft [5, p.309], are removed to the atmosphere. Drops of water vapor condensate are adsorbed on lime particles 13 and soot, some of which from trays 12 and a gas stream under the influence of gravity fall in the form of wet particles or flow down the inner walls of columns 11 in the form of a film into a conical bottom 17, where they are mixed with condensate, flowing down the inclined bottom of the lower collector 8, with which the above reactions also occur. Moreover, in the lower part of column 11 and bottom 14, gravity also separates the flowing condensate into an upper layer of water (purified condensate) and a lower one, where heavier sludge (particles of lime and soot) accumulates, saturated with a solution of the salts formed, and output through a gap 19 of purified condensate into the collector 20, from where, through the fitting 21, the mains water is fed.

После утраты реакционной способности гашеной извести 13 в лотках 12 и заполнения шламом днищ 14 снимают крышку 23 корпуса 22 и съемные борта 15 колонок 11, извлекают лотки 12 с отработавшей известью 13, после чего их заменяют.After the reactivity of slaked lime 13 in the trays 12 is lost and the bottoms 14 are filled with slurry, the lid 23 of the housing 22 and the removable sides 15 of the columns 11 are removed, the trays 12 with spent lime 13 are removed, and then they are replaced.

Процесс регенерации заключается в опорожнении лотков 12 от крошек отработанной гашеной извести, в которых находятся продукты реакции - нитрит и нитрат кальция (Ca(NO₂)₂ и Ca(NО₃)₂), и днища 14 от шлама, также насыщенного этими компонентами, которые далее можно использовать в качестве азотосодержащих удобрений в сельском хозяйстве [4, с.227], и повторном заполнении лотков 12 свежей гашеной известью (Ca(ОН)₂).The regeneration process consists in emptying the trays 12 from the chips of spent slaked lime, which contain the reaction products - nitrite and calcium nitrate (Ca (NO ₂ ) ₂ and Ca (NO ₃ ) ₂ ), and the bottom 14 from the sludge, also saturated with these components, which can then be used as nitrogen-containing fertilizers in agriculture [4, p. 227], and re-filling trays 12 with fresh slaked lime (Ca (ОН) ₂ ).

Очищенный конденсат по мере надобности подают в систему отопления, а излишек - в конденсатный бак (на фиг.1-5 не показан), где он хранится на случаи ее заполнения в чрезвычайных ситуациях.The purified condensate is supplied to the heating system as needed, and the surplus to the condensate tank (not shown in Figs. 1-5), where it is stored in case it is filled in emergency situations.

При изменении нагрузки на теплогенератор (после окончания отопительного сезона, резких колебаниях температуры наружного воздуха и т.д.) в блоке производят включение или отключение одной из секций 3 путем открытия или закрытия соответствующего шибера 2.When the load on the heat generator changes (after the end of the heating season, sharp fluctuations in the temperature of the outside air, etc.), one of the sections 3 is turned on or off by opening or closing the corresponding gate 2.

При этом обеспечивается нагрев дутьевого воздуха от 25°С до (50-60)°С и, соответственно, снижение температуры дымовых газов от 120°С до (70-80)°С, что повышает КПД теплогенератора на (2-3)%, повышая тем самым его экономическую эффективность, и достигается снижение концентрации оксидов азота в уходящих дымовых газах на (50-70)%, повышая экологическую эффективность теплогенератора, что особенно важно для систем автономного теплоснабжения, расположенных, как правило, в жилых массивах.This ensures heating of the blast air from 25 ° C to (50-60) ° C and, accordingly, a decrease in the temperature of flue gases from 120 ° C to (70-80) ° C, which increases the efficiency of the heat generator by (2-3)% thereby increasing its economic efficiency, and reducing the concentration of nitrogen oxides in the flue gas by (50-70)%, increasing the environmental efficiency of the heat generator, which is especially important for autonomous heat supply systems located, as a rule, in residential areas.

Источники информацииInformation sources

1. A.c. СССР №1831638, МКл.⁴ F24D 3/00.1. Ac USSR No. 1831638, MKl. ⁴ F24D 3/00.

2. Патент РФ №2285866, МКл.⁴ F24D 3/00.2. RF patent No. 2285866, MKl. ⁴ F24D 3/00.

3. Неницеску К. Общая химия. - М.: Высшая школа, 1958, 624 с.3. Nenitsesku K. General chemistry. - M.: Higher School, 1958, 624 p.

4. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. - Л.: Химия, 1983, 360 с.4. Pozin M.E. The technology of mineral fertilizers. - L .: Chemistry, 1983, 360 p.

5. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция ч.II. М.: Стройиздат, 1976, 440 с.5. Theological V.N. Heating and ventilation, part II. M .: Stroyizdat, 1976, 440 p.

6. Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. - М.: Стройиздат, 1986, 560 с.6. Delyagin G.N. and others. Heat generating installations. - M.: Stroyizdat, 1986, 560 p.

Claims

A multisection unit for cleaning and utilizing flue gases from a heat generator of an autonomous heat supply system, including a section consisting of vertical cooling and condensation columns separated by air gaps, connected by upper and lower collectors to each other and with a cleaning column with a conical bottom, inside which hydrated lime is placed (Ca (OH) ₂₎ and placed on top chimney with a deflector, characterized in that the gas to the inlet manifold, the bottom of which are arranged openings, provided with sectional and gates, separate sections are connected with finned vertical cooling and condensation columns, the bottom of the lower collector of each section is sloped in the direction of the flue gas, baffles with openings are arranged under each even finned column, its outlet end is connected to the section cleaning column equipped with a removable board, inside of which, over the entire height, in a checkerboard pattern, removable perforated flanged trays are installed, filled with slaked lime chips (Ca (ОН ₂ )), connected to the exit from the top gas collector, which communicates with the atmosphere through the chimney and deflector, and from below through a slot with a purified condensate collector adjacent to the bottoms of the lower collectors and connected, in turn, through a fitting with a heating system, while the columns of all sections are placed in a casing, closed from opposite ends with a removable cover with a fan and a cover with a hot air pipe, respectively.