RU2608094C1

RU2608094C1 - Marine engine exhaust gases cleaning dynamic device

Info

Publication number: RU2608094C1
Application number: RU2015134787A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Туркин; Владимир Антонович Туркин; Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-01-13

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: disclosed invention relates to machine building, specifically to engine production, and, in particular, to marine engines exhaust gases cleaning and noise suppression devices. Marine engine exhaust gases cleaning dynamic device comprises interconnected by gas mixing-oxidation chamber with exhaust gases inlet and outlet tangential branch pipes, coaxial ozone-air mixture inlet branch pipe and drain union, absorber with exhaust gases inlet and outlet branch pipes, absorption of water supply and drain union, adsorber with exhaust gases inlet and outlet branch pipes, bypass branch pipe and pipeline with valve, wherein discharge branch pipe is arranged in housing lower part at angle, equal to or greater than water natural slope angle α, and connected to outlet pipeline equipped with entrainment separator, inside absorber housing adsorption sections are placed downwards, filled with pumice granules, made of metallurgical slags with lime factor M > 1 and granules diameter from 5 to 10 mm, wherein above each adsorption section flushing water distributors are installed, connected to flushing water manifold via valves, and drain unions of mixer-oxidation chamber, absorber and adsorber are connected to acid water manifold, provided at outlet with hydraulic lock with height H.

EFFECT: invention implementation enables to achieve increase in marine engine exhaust gases cleaning dynamic device efficiency.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и, в частности, к устройствам для очистки и шумоглушения выхлопных газов судовых двигателей.The present invention relates to mechanical engineering, namely to engine building and, in particular, to devices for cleaning and attenuating exhaust gases of marine engines.

Известен комплексный глушитель-очиститель отработавших газов, включающий корпус, снабженный диффузором и конфузором (коническими крышками) с входным и выпускным патрубками, съемной крышкой, фильтрующей вставкой, состоящей из плоских, зигзагообразных и конусных перфорированных кожухов, образующих между собой и внутренней поверхностью корпуса полости, между плоскими перфорированными кожухами крышки и днища корпуса установлены параллельно движению отработавших газов вертикальные зигзагообразные контейнеры с перфорированными стенками, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы, вышеуказанные полости и зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами шлаковой пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм [Патент РФ №2465471, МПК F01N 3/08, 2012].A well-known comprehensive silencer-cleaner of exhaust gases, comprising a housing equipped with a diffuser and a confuser (conical caps) with inlet and outlet pipes, a removable cover, a filter insert, consisting of flat, zigzag and conical perforated casings forming between themselves and the inner surface of the cavity body, vertical zigzag containers with perforated walls are installed between the flat perforated covers of the lid and the bottom of the body parallel to the movement of exhaust gases and forming zigzag gas channels between themselves, the above cavities and zigzag containers are filled with slag pumice granules made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm [RF Patent No. 2465471, IPC F01N 3/08, 2012 ].

Недостатками известного устройства являются громоздкая конструкция, обусловленная потребностью значительного объема гранулированного шлака, и невозможность его регенерации без отключения от двигателя, что увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата, требует значительного пространства для его размещения, создает затруднения в его эксплуатации и, таким образом, снижает его эффективность.The disadvantages of the known device are the bulky design, due to the need for a significant amount of granular slag, and the inability to regenerate it without disconnecting from the engine, which increases the hydraulic resistance of the apparatus, requires significant space for its placement, creates difficulties in its operation and, thus, reduces its effectiveness.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является комплексное устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя, содержащее корпус, снабженный коническими крышками, съемной боковой крышкой, входным и выпускным газовыми и озоновым патрубками, штуцерами подачи промывочной воды и слива загрязненной воды, соответственно, внутри которого снизу вверх расположены поддон, смесительная камера, камера очистки, состоящая из нескольких секций, каждая из которых содержит опорную решетку, на которой установлена фильтрующая вставка (адсорбер), состоящая из вертикальных зигзагообразных контейнеров с перфорированными стенками, образующих между собой зигзагообразные газовые каналы, при этом зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутри камеры очистки над каждой секцией установлены распределители промывочной воды, представляющие собой перфорированные снизу трубы, соединенные со штуцерами промывочной воды, а в смесительной камере устроен распределитель озона, представляющий собой перфорированную сверху трубу, соединенную через патрубок с озонатором [Патент РФ №2536749, МПК F01N 3/08, 2014].Closer in technical essence to the present invention is a comprehensive device for cleaning the exhaust gases of a marine engine, comprising a housing equipped with conical caps, a removable side cover, inlet and outlet gas and ozone pipes, nozzles for supplying washing water and draining contaminated water, respectively, inside of which from bottom to top there is a pallet, a mixing chamber, a cleaning chamber, consisting of several sections, each of which contains a support grid, on which fi a pouring insert (adsorber), consisting of vertical zigzag containers with perforated walls, forming zigzag gas channels between them, while the zigzag containers are filled with pumice granules made of metallurgical slag with a base module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm, inside washing chambers above each section are equipped with rinsing water distributors, which are pipes perforated below, connected to rinsing rinses, and in the mixing chamber n dispenser ozone, which is a top perforated tube connected by pipe to the ozonator [RF patent №2536749, IPC F01N 3/08, 2014].

Основными недостатками известного устройства являются сложная конструкция зигзагообразных контейнеров, невозможность его удовлетворительной работы во всем диапазоне нагрузок двигателя, низкая поглотительная способность адсорбента, обусловленная тем, что процесс окисления NO_X озоном осуществляется в зоне адсорбции на поверхности и в порах гранул пемзы, что увеличивает концентрацию кислорода в этой зоне, который также адсорбируется гранулами пемзы, снижая тем самым удельную поверхность адсорбента для проведения адсорбции самих NO_X, и невозможность существенного уменьшения концентрации СО₂, что, в конечном итоге, снижает эффективность очистки выхлопных газов.The main disadvantages of the known device are the complex design of the zigzag containers, the impossibility of its satisfactory operation in the entire range of engine loads, the low absorption capacity of the adsorbent, due to the fact that the oxidation of NO _{X by} ozone is carried out in the adsorption zone on the surface and in the pores of pumice granules, which increases the oxygen concentration in this zone, which is also adsorbed by pumice granules, thereby reducing the specific surface of the adsorbent for adsorption of NO _X themselves, and the impossibility of a significant reduction in the concentration of CO ₂ , which, ultimately, reduces the efficiency of purification of exhaust gases.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности динамического устройства для очистки выхлопных газов судового двигателя.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase the efficiency of a dynamic device for purifying the exhaust gases of a marine engine.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое динамическое устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя содержит смесительно-окислительную камеру, представляющую собой вертикальный полый цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком входа выхлопных газов, расположенным в верхней части корпуса, и патрубком выхода выхлопных газов, расположенным в нижней части корпуса, снабженного верхней торцевой крышкой, коаксиальным патрубком входа озоновоздушной смеси в ней и коническим днищем со сливным штуцером, абсорбер, представляющий собой вертикальный полый цилиндрический корпус с коническим днищем со сливным штуцером, съемной крышкой, патрубком входа выхлопных газов, расположенным в нижней части корпуса и соединенным с патрубком выхода выхлопных газов смесительно-окислительной камеры, патрубком выхода выхлопных газов и патрубком подачи абсорбционной воды с душирующим устройством, расположенными в верхней части корпуса, адсорбер, представляющий собой вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем со сливным штуцером, съемной крышкой, патрубком входа выхлопных газов, соединенным с патрубком выхода выхлопных газов абсорбера, байпасным патрубком, расположенными в верхней части корпуса адсорбера, патрубком выхода очищенных выхлопных газов, расположенным в нижней части корпуса под углом, равным или больше углу естественного откоса воды α, соединенным с байпасным трубопроводом, снабженным клапаном и трубопроводом выхода очищенных выхлопных газов с каплеотбойником, внутри корпуса адсорбера помещены сверху вниз адсорбционные секции, состоящие из горизонтальных опорных решеток, уложенных на опорные уголки и заполненных гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем над каждой адсорбционной секцией установлены распределители промывочной воды, состоящие из штуцера с душируюшим устройством, соединенные с коллектором промывочной воды через вентили, а сливные штуцеры смесительно-окислительной камеры, абсорбера и адсорбера соединены через вентили с коллектором кислой воды, снабженным на выходе гидрозатвором высотой Н.The technical result is achieved by the fact that the proposed dynamic device for purifying the exhaust gases of a marine engine comprises a mixing and oxidizing chamber, which is a vertical hollow cylindrical body with a tangential exhaust inlet pipe located in the upper part of the hull and an exhaust outlet pipe located in the lower part case, equipped with a top end cover, a coaxial nozzle for the input of the ozone-air mixture in it and a conical bottom with a drain fitting, absor ber, which is a vertical hollow cylindrical body with a conical bottom with a drain fitting, a removable cover, an exhaust gas inlet pipe located in the lower part of the housing and connected to an exhaust gas outlet pipe of a mixing and oxidation chamber, an exhaust gas outlet pipe and an absorption water supply pipe with scent device located in the upper part of the body, the adsorber, which is a vertical cylindrical body with a conical bottom with a drain fitting, a removable cover , an exhaust inlet pipe connected to an absorber exhaust outlet pipe, a bypass pipe located at the top of the adsorber casing, a purified exhaust outlet pipe located at the bottom of the housing at an angle equal to or greater than the angle of repose α of the water connected to the bypass a pipeline equipped with a valve and an outlet pipe for cleaned exhaust gases with a drop eliminator, adsorption sections consisting of horizontal support gratings laid on supporting corners and filled with pumice granules made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm, and rinsing water distributors consisting of a nozzle with a choking device connected to a collector are installed above each adsorption section rinse water through the valves, and the drain fittings of the mixing and oxidation chamber, absorber and adsorber are connected through valves to the acid water collector equipped with an outlet N.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид динамического устройства для очистки выхлопных газов судового двигателя (ДУОВГ), на фиг. 2 - поперечный разрез камеры озонового окислителя, на фиг. 3, 4 - узлы Б и В (стыковка опорной решетки в адсорбере и каплеотбойное устройство в выходном трубопроводе).The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a General view of a dynamic device for cleaning the exhaust gases of a marine engine (DUOVG), FIG. 2 is a cross-sectional view of an ozone oxidizer chamber; FIG. 3, 4 - nodes B and C (docking of the support lattice in the adsorber and a drop eliminator in the outlet pipe).

ДУОВГ содержит: смесительно-окислительную камеру 1, состоящую из полого вертикального цилиндрического корпуса 2 с тангенциальным патрубком входа выхлопных газов 3, расположенным в верхней части корпуса 2, патрубком выхода выхлопных газов 4, расположенным в нижней части корпуса 2, снабженного верхней торцевой крышкой 5 с коаксиальным патрубком входа озоновоздушной смеси 6 и коническим днищем 7 со сливным штуцером 8; абсорбер 9, состоящий из полого вертикального цилиндрического корпуса 10 с коническим днищем 11 со сливным штуцером 12 и съемной крышкой 13, патрубком входа выхлопных газов 14, расположенным в нижней части корпуса 10 и соединенным с патрубком выхода выхлопных газов 4 камеры 1, патрубком выхода выхлопных газов 15 и патрубком подачи абсорбционной воды 16 с душируюшим устройством 17, расположенными в верхней части корпуса 10; адсорбер 18, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса 19 с коническим днищем 20 со сливным штуцером 21 и съемной крышкой 22, патрубком входа выхлопных газов 23, соединенным с патрубком выхода выхлопных газов 15 абсорбера 9, байпасным патрубком 24, расположенными в верхней части корпуса 19, патрубком выхода очищенных выхлопных газов 25, расположенным в нижней части корпуса 19 под углом, равным или больше углу естественного откоса воды α, соединенным с байпасным трубопроводом 26, снабженным клапаном 27 и трубопроводом выхода очищенных выхлопных газов 28 с каплеотбойником 29, внутри корпуса 19 помещены сверху вниз по ходу выхлопных газов адсорбционные секции 30, состоящие из горизонтальных опорных решеток 31, уложенных на опорные уголки 32 и заполненных гранулами пемзы 33, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем над каждой адсорбционной секцией 30 установлены распределители промывочной воды 34, состоящие из штуцера 35 с душируюшим устройством 36, соединенные с коллектором промывочной воды 37 через вентили 38, а сливные штуцеры 8, 12, 21 соединены через вентили 39 с коллектором кислой воды 40, снабженным на выходе гидрозатвором 41 высотой Н.DUOVG contains: a mixing and oxidizing chamber 1, consisting of a hollow vertical cylindrical body 2 with a tangential exhaust gas inlet 3 located in the upper part of the housing 2, an exhaust gas outlet 4 located in the lower part of the housing 2, equipped with a top end cover 5 s a coaxial pipe for the input of the ozone-air mixture 6 and a conical bottom 7 with a drain fitting 8; an absorber 9, consisting of a hollow vertical cylindrical body 10 with a conical bottom 11 with a drain fitting 12 and a removable cover 13, an exhaust inlet pipe 14 located in the lower part of the housing 10 and connected to the exhaust outlet pipe 4 of the chamber 1, the exhaust outlet pipe 15 and a pipe for supplying absorption water 16 with a scenting device 17 located in the upper part of the housing 10; an adsorber 18, consisting of a vertical cylindrical body 19 with a conical bottom 20 with a drain fitting 21 and a removable cover 22, an exhaust inlet pipe 23 connected to an exhaust outlet pipe 15 of the absorber 9, a bypass pipe 24 located in the upper part of the housing 19, a pipe the outlet of the cleaned exhaust gas 25, located at the bottom of the housing 19 at an angle equal to or greater than the angle of repose of the water α, connected to the bypass pipe 26, equipped with a valve 27 and the outlet pipe of the cleaned exhaust x gases 28 with a droplet eliminator 29, adsorption sections 30 are placed upside down along the exhaust gas flow inside the housing 19, consisting of horizontal support grids 31 laid on support angles 32 and filled with pumice granules 33 made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and granules with a diameter of 5 to 10 mm, and over each adsorption section 30 there are installed flushing water distributors 34, consisting of a fitting 35 with a scenting device 36, connected to the flushing water collector 37 through valves 38, and drain nozzles 8 , 12, 21 are connected through valves 39 to a sour water collector 40 provided with an outlet H. 41 of a height N.

В основе работы предлагаемого ДУОВГ лежит использование в качестве адсорбента для вредных компонентов выхлопных газов гранулированной шлаковой пемзы и в качестве окислителя - озона для ускорения процесса очистки. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) с модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам шлаковой пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в отработавших газах (NO_x, SO_x, СО_х), а высокая пористость их структуры позволяет использовать гранулы шлаковой пемзы в качестве эффективного звукопоглощающего материала [В.Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч. II. - М.: Стройиздат, 1978, с. 391]. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и дешевы. Для повышения скорости адсорбции и, соответственно, уменьшения объема шлаковой пемзы в предлагаемом устройстве производится предварительное окислении вредных компонентов выхлопных газов - оксидов азота, оксидов серы и оксидов углерода (NO_x, SO_x, СО_х) до NO₂, SO₃, СО₂, у которых кислые свойства более высокие, чем у оксидов, активным окислителем-озоном [Ежов B.C. Механизм процессов окисления оксидов азота при синхронной очистке и утилизации газообразных выбросов теплогенерирующих установок. Энергосбережение и водоподготовка. №3, 2008. - С. 48-58]. Для снижения концентрации кислорода (О₂) и диоксида углерода (CO₂) в выхлопных газах после окисления оксидов азота (NO_x) озоном используется абсорбция O₂, СО₂, NO_x водой, которые растворяются в абсорбционной воде [Справочник химика. - М. - Л.: Химия 1965, с. 316] со снижением температуры выхлопных газов, что увеличивает скорость адсорбции NO_x в гранулах шлаковой пемзы.The basis of the work of the proposed DUOVG is the use of granular slag pumice as an adsorbent for the harmful components of the exhaust gases and ozone to accelerate the cleaning process as an oxidizing agent. Slag pumice made from basic metallurgical slag is a material with a highly porous mechanically strong structure (compressive strength up to 2.7 MPa), consisting of calcium oxide, silicon oxide, aluminum oxide and partially magnesium oxide (CaO, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , MnO) with the basicity modulus M> 1 [Building materials. Directory. Ed. Boldyreva A.S. et al. - M.: Stroyizd., 1989, p. 423; Domokeev A.K. Construction Materials. - M .: Higher. School, 1989, p. 163]. The high basicity modulus gives the slag pumice granules the basic properties that allow sorbing substances with acidic properties on their surface, which include harmful impurities that are present in the exhaust gases (NO _x , SO _x , CO _x ), and their high porosity allows you to use granules of slag pumice as an effective sound-absorbing material [V.N. Bogoslovsky et al. Heating and ventilation, Part II. - M.: Stroyizdat, 1978, p. 391]. In addition, based on its composition, slag pumice granules are resistant to the corrosive effects of acid components of exhaust gases, are widely available and cheap. To increase the adsorption rate and, accordingly, reduce the volume of slag pumice in the proposed device, the harmful components of the exhaust gases are pre-oxidized - nitrogen oxides, sulfur oxides and carbon oxides (NO _x , SO _x , CO _x ) to NO ₂ , SO ₃ , CO ₂ , whose acidic properties are higher than those of oxides, by an active ozone oxidizing agent [Yezhov BC Mechanism of the processes of oxidation of nitrogen oxides during the simultaneous purification and utilization of gaseous emissions of heat generating plants. Energy saving and water treatment. No. 3, 2008. - S. 48-58]. To reduce the concentration of oxygen (O ₂ ) and carbon dioxide (CO ₂ ) in the exhaust gases after the oxidation of nitrogen oxides (NO _x ) by ozone, the absorption of O ₂ , CO ₂ , NO _{x by} water, which dissolves in absorption water, is used [Reference chemist. - M. - L .: Chemistry 1965, p. 316] with a decrease in the temperature of the exhaust gases, which increases the rate of adsorption of NO _x in the granules of slag pumice.

Предлагаемое ДУОВГ работает следующим образом (рассматривается вариант максимальной нагрузки двигателя при закрытом клапане 27). Выхлопные газы из газового коллектора (на фиг. 1-4 не показан) через тангенциальный патрубок входа выхлопных газов 3 поступают в смесительно-окислительную камеру 1, образуя закрученный газовый поток, в котором выхлопные газы интенсивно смешиваются с озоновоздушной смесью, поступающей из патрубка 6, куда он подается из озонатора или озонового коллектора (на фиг. 1-4 не показаны). Ввиду высокой реакционной способности озона и интенсивного смешения в камере 1, помимо процесса смешения озона с выхлопными газами, происходит окисление большей части содержавшихся в выхлопных газах монооксидов азота (NO) до диоксидов (NO₂), диоксидов серы (SO₂) до серного ангидрида (SO₃) и монооксида углерода (СО) до диоксида углерода (СО₂) с расходом всего озона и конденсация некоторой части паров воды, после чего газовая смесь, обогащенная кислородом (О₂) и диоксидом азота (NO₂), через патрубки 4 и 14 поступает в нижнюю зону абсорбера 9, а образовавшийся кислый конденсат через штуцер 8 поступает в коллектор кислой воды 40. Абсорбер 9 сверху орошается через душирующее устройство 17 абсорбционной водой, которая при контакте с выхлопными газами поглощает образовавшиеся NO₂, CO₂, O₂, SO₂ (если в газе присутствуют SO₂), в результате чего в выхлопных газах на выходе из абсорбера 9 их концентрация значительно снижается. Кроме того, в процессе абсорбции абсорбционная вода поглощает мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), нагревается, в результате охлаждения выхлопных газов, и через штуцер 12 поступает в коллектор кислой воды 40. Далее, частично очищенные и охлажденные выхлопные газы через патрубки 15 и 23 поступают в верхнюю зону адсорбера 18 и проходят через адсорбционные секции 30, заполненные гранулами 33 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 33 назначен из стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). В процессе движения через адсорбционные секции 30 выхлопные газы через отверстия в опорных решетках 31 заполняют свободное пространство между гранулами шлаковой пемзы 33, находящиеся в газовой смеси NO_x, SO_x, СО_хконтактируют с гранулами 33, адсорбируясь на поверхности их пор, причем оставшиеся NO₂, SO₃, СО₂ адсорбируются значительно быстрее, чем NO, SO₂, СО, ввиду указанных выше обстоятельств. При этом концентрация NO₂, SO₃, СО₂ и О₂ в газовом потоке после их поглощения в абсорбере 9 значительно меньше, чем после смесительно-окислительной камеры 1, что интенсифицирует процесс адсорбции собственно NO гранулами шлаковой пемзы 33 в адсорбере 18. Поток выхлопных газов, проходя адсорбционные секции 30 и многократно попадая на поверхность гранул 33 и вовнутрь их, очищается от остатка вредных примесей (NO_x, SO_x, СО_х), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 33. Адсорбированные из отработавших газов оксиды азота, диоксиды серы, оксиды углерода в порах гранул 33 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул 33 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия. - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в выхлопных газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива, и подачи озоно-воздушной смеси) со скоростью большей, чем в газовой фазе, с образованием легкорастворимых в воде NO₂ и SO₃. Адсорбированные NO₂, SO₃, СО₂, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды, образующейся в порах гранул 33 в результате капиллярной конденсации паров воды, находящихся в выхлопных газах, с образованием соответствующих кислот HNO₃, H₂SO₄ и Н₂СО₃. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 33 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.). После очистки в последней по ходу газа секции 30 очищенные до требуемой степени очистки выхлопные газы выводятся из адсорбера 18 через патрубок выхода очищенных выхлопных газов 25 и трубопровод 28, установленные под углом, равным или большим углу естественного откоса воды α, проходят через каплеотбойник 29, где освобождаются от уносимых капель воды, которые стекают под действием сил тяжести в конусное днище 20 и выбрасываются в атмосферу. Одновременно с процессом очистки выхлопных газов в ДУОВГ происходит глушение их шума путем поглощения звука высокопористой структурой гранул 33, которые находятся в адсорбционных секциях 30.The proposed DUOVG works as follows (the option of maximum engine load with a closed valve 27 is considered). The exhaust gases from the gas manifold (not shown in Fig. 1-4) through the tangential nozzle of the exhaust gas inlet 3 enter the mixing and oxidizing chamber 1, forming a swirling gas stream in which the exhaust gases are intensively mixed with the ozone-air mixture coming from the nozzle 6, where it is supplied from an ozonizer or ozone collector (not shown in FIGS. 1-4). Due to the high reactivity of ozone and intensive mixing in chamber 1, in addition to the process of mixing ozone with exhaust gases, most of the nitrogen monoxides (NO) contained in the exhaust gases are oxidized to dioxides (NO ₂ ), sulfur dioxide (SO ₂ ) to sulfuric anhydride ( SO ₃ ) and carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO ₂ ) with the consumption of all ozone and condensation of some part of the water vapor, after which the gas mixture enriched with oxygen (O ₂ ) and nitrogen dioxide (NO ₂ ), through pipes 4 and 14 enters the lower zone of the absorber 9, and images The resulting acid condensate through the nozzle 8 enters the acid water collector 40. The absorber 9 is irrigated from above through the scrubbing device 17 with absorption water, which, when in contact with exhaust gases, absorbs the NO ₂ , CO ₂ , O ₂ , SO _{2 formed} (if SO _{2 is} present in the gas ), as a result of which, in the exhaust gases at the outlet of the absorber 9, their concentration is significantly reduced. In addition, during the absorption process, the absorption water absorbs fine particles (soot, etc.), heats up as a result of cooling the exhaust gases, and through the nozzle 12 enters the acid water collector 40. Further, partially purified and cooled exhaust gases through the nozzles 15 and 23 enter the upper zone of the adsorber 18 and pass through the adsorption sections 30 filled with granules 33 of slag pumice with a diameter of 5 to 10 mm made of basic metallurgical slags (granule diameter 33 is assigned from the standard range of granule sizes pumice slag). In the process of moving through the adsorption sections 30, exhaust gases through the openings in the support grids 31 fill the free space between the granules of slag pumice 33, which are in the gas mixture NO _x , SO _x , CO _x in contact with the granules 33, adsorbing on the surface of their pores, and the remaining NO ₂ , SO ₃ , CO _{2 are} adsorbed much faster than NO, SO ₂ , CO, in view of the above circumstances. The concentration of NO ₂ , SO ₃ , CO ₂ and O ₂ in the gas stream after their absorption in the absorber 9 is much lower than after the mixing and oxidizing chamber 1, which intensifies the adsorption process of NO by the granules of slag pumice 33 in the adsorber 18. The exhaust stream gases, passing through the adsorption sections 30 and repeatedly reaching the surface of the granules 33 and inside them, it is cleaned of the residue of harmful impurities (NO _x , SO _x , CO _x ), which are sorbed on the surface and inside the granules 33. Nitrogen oxides adsorbed from the exhaust gases sulfur oxides gleroda in the pores of the pellets 33 have a higher reactivity, due to their interaction with the surface of the adsorbent granules 33, slag pumice [Nenitzescu K. General chemistry. - M.: Mir, 1968, p. 298], therefore, they are oxidized by oxygen (oxygen is present in the exhaust gases as a result of excess air supplied for fuel combustion and the supply of an ozone-air mixture) at a rate greater than in the gas phase, with the formation of NO ₂ and SO ₃ readily soluble in water. Adsorbed NO ₂ , SO ₃ , CO ₂ , in turn, interact with water particles formed in the pores of granules 33 as a result of capillary condensation of water vapor in the exhaust gases with the formation of the corresponding acids HNO ₃ , H ₂ SO ₄ and Н ₂ CO ₃ . In addition, finely dispersed particles (soot, etc.) settle on the surface and in the pores of the granules 33. After cleaning in the last in the gas section 30, the exhaust gases cleaned to the required degree of purification are discharged from the adsorber 18 through the outlet pipe of the cleaned exhaust gases 25 and a pipe 28 installed at an angle equal to or greater than the angle of repose of water α pass through the droplet eliminator 29, where they are released from entrained water droplets that drain under the action of gravity into the conical bottom 20 and are released into the atmosphere. Simultaneously with the exhaust gas purification process in the DUVG, their noise is suppressed by sound absorption by the highly porous structure of the granules 33, which are located in the adsorption sections 30.

Байпасный трубопровод 26 с клапаном 27 служат для регулирования нагрузки ДУОВГ. При малой нагрузке двигателя ДУОВГ работает при открытом клапане 27, малых расходах озона и абсорбционной воды в камере 1 и абсорбере 9. При увеличении нагрузки двигателя увеличивают расход озона и абсорбционной воды в этих аппаратах и если этого недостаточно, то прикрывают клапан 27 и частично очищенные и охлажденные выхлопные газы поступают в адсорбер 18, в котором процесс их очистки происходит аналогично вышеописанному. При следующем увеличении нагрузки клапан 27 прикрывают еще и большая часть частично очищенных выхлопных газов поступает в адсорбер 18 и так до полного максимума нагрузки двигателя при закрытом клапане 27, когда все выхлопные газы проходят через адсорбер 18.Bypass pipe 26 with valve 27 are used to control the load DUOVG. When the engine load is low, the DUOVG operates with open valve 27, low ozone and absorption water consumption in chamber 1 and absorber 9. When the engine load increases, the consumption of ozone and absorption water in these devices is increased, and if this is not enough, then cover valve 27 and partially cleaned and cooled exhaust gases enter the adsorber 18, in which the process of their purification occurs similarly to the above. With the next increase in load, the valve 27 is also covered and most of the partially cleaned exhaust gas enters the adsorber 18 and so on until the engine reaches its maximum load when the valve 27 is closed, when all exhaust gases pass through the adsorber 18.

При падении активности гранул 33 их подвергают регенерации - очистке поверхности и пор гранул шлаковой пемзы 33 в адсорбционных секциях 30 адсорбера 18 от мелкодисперсных частиц и абсорбированных молекул вредных примесей. Процесс регенерации осуществляется путем промывки гранул 33 из коллектора промывочной воды 37 водой, подаваемой через штуцеры 38, и удаления грязной воды из конического днища 20 через штуцер 39 в коллектор кислой воды 40. При этом конструкция ДУОВГ позволяет проводить процесс регенерации адсорбента (гранул шлаковой пемзы 33) без отключения от двигателя.When the activity of the granules 33 decreases, they are subjected to regeneration — cleaning the surface and pores of the slag pumice granules 33 in the adsorption sections 30 of the adsorber 18 from fine particles and absorbed molecules of harmful impurities. The regeneration process is carried out by washing granules 33 from the washing water collector 37 with water supplied through nozzles 38 and removing dirty water from the conical bottom 20 through the nozzle 39 to the acid water collector 40. Moreover, the DUOVG design allows the regeneration of the adsorbent (slag pumice granules 33 ) without disconnecting from the engine.

В коллекторе кислой воды 40 собирается кислый конденсат из смесительно-окислительной камеры 1, абсорбционная и промывочная воды, насыщенные кислыми компонентами и шламом из абсорбера 9 и адсорбера 18, образующими кислую воду. Высота Н гидрозатвора 41 коллектора кислой воды 40 выбирается из условий предотвращения проскока выхлопных газов через штуцеры 8, 12, 21. Так как кислая вода содержит значительные примеси вредных веществ (HNO₃ H₂SO₄, Н₂СО₃ шлам и пр.), то в зависимости от уровня санитарных требований места пребывания судна кислая вода либо сбрасывается в бассейн либо подвергается очистке на судне (например, на анионитовых фильтрах) и повторно используется.Acidic water collector 40 collects acidic condensate from the mixing and oxidation chamber 1, absorption and wash water saturated with acidic components and sludge from the absorber 9 and adsorber 18, which form acidic water. The height H of the water trap 41 of the acid water collector 40 is selected from the conditions for preventing leakage of exhaust gases through the fittings 8, 12, 21. Since acidic water contains significant impurities of harmful substances (HNO ₃ H ₂ SO ₄ , N ₂ CO ₃ sludge, etc.), then, depending on the level of sanitary requirements of the place of stay of the vessel, acidic water is either discharged into the pool or subjected to treatment on the vessel (for example, on anion exchange filters) and reused.

Размеры и производительность аппаратуры ДУОВГ определяют такими, чтобы они обеспечивали эффективную очистку выхлопных газов во всем диапазоне нагрузок двигателя. Расход озона в камере 1, плотность орошения в абсорбере 9, число адсорбционных секций 30, объем гранул шлаковой пемзы 33, живое сечение секций 30, расход промывочной воды и периодичность промывки в адсорбере 18 определяются в зависимости от мощности судового двигателя, допустимого сопротивления ДУОВГ, расхода и типа топлива, требуемых степени очистки и снижения уровня звуковой мощности выхлопных газов.The dimensions and performance of the DUOVG equipment are determined so that they provide effective purification of exhaust gases in the entire range of engine loads. The ozone flow rate in chamber 1, the irrigation density in the absorber 9, the number of adsorption sections 30, the volume of granules of slag pumice 33, the live section of the sections 30, the flow rate of washing water and the washing frequency in the adsorber 18 are determined depending on the power of the marine engine, the permissible resistance of the DUVG, flow rate and the type of fuel required for the degree of purification and reduction in sound power level of the exhaust gases.

Таким образом, динамическое устройство для очистки выхлопных газов судового двигателя позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить выхлопные газы от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО_х, частицы сажи и пр.) и одновременно снизить их шум до требуемого уровня во всем диапазоне нагрузок двигателя, используя в качестве окислителя озон, в качестве абсорбента воду, адсорбента и шумопоглотителя - гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности М>1, и производить регенерацию адсорбента без отключения от двигателя.Thus, the dynamic device for cleaning the exhaust gases of a marine engine allows without the use of expensive and hazardous chemicals to clean the exhaust gases of harmful impurities (NO _x , SO _x , CO _x , soot particles, etc.) and at the same time reduce their noise to the required level the entire engine load range, using ozone as an oxidizing agent, water, an adsorbent and a sound absorber — slag pumice granules made of basic metallurgical slags with a basicity module M> 1 as an absorbent and regenerate a sorbent without turning off the engine.

Claims

A dynamic device for cleaning the exhaust gases of a marine engine, comprising a housing equipped with a cover and a bottom, gas pipes, an ozone pipe connected to an ozone distributor, rinsing water inlets connected to rinsing water distributors, contaminated water drains, a mixing and oxidizing chamber, an adsorber in which perforated containers are installed filled with adsorbent - pumice granules made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm, characterized in that the mixing and oxidizing chamber is a vertical hollow cylindrical body with a tangential exhaust gas inlet located in the upper part of the body and exhaust gas outlet located in the lower part of the coaxial ozone-air mixture inlet in the upper end the lid and the conical bottom, connected to the absorber, which is a vertical hollow cylindrical body with a conical bottom, a removable top cover, the exhaust inlet pipe x gases located in the lower part of the casing, and a pipe for supplying absorption water with a scrubbing device located in the upper part of the casing, an exhaust outlet pipe connected to an adsorber, which is a vertical cylindrical body with a conical bottom, a removable cover, an exhaust inlet pipe, bypass pipe located in the upper part of the casing; outlet pipe for cleaned exhaust gases located in the lower part of the casing at an angle equal to or greater than the angle of repose α connected to the bypass pipe, equipped with a valve and a clean exhaust gas outlet pipe with a droplet eliminator, perforated containers are placed inside the adsorber housing, which are adsorption sections consisting of horizontal support grids laid on support angles; rinsing water distributors are installed above each adsorption section consisting of a fitting with a choking device, connected to the rinse water manifold through valves, and the drain fittings of the ozone chamber are acidification, absorber and adsorber are connected through valves with an acid water collector equipped with an outlet N.