СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ

РЕФЕРАТ

Существо изобретения состоит в комплексной очистке отходящих газов, включая их озоновую и мокрую очистки, а также активизацию топливовоздушной смеси, применяемой в конкретной огневой технологии.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Предлагаемое изобретение эффективно и относительно недорого позволяет очистить любые токсичные отходящие газы. Оно применимо в различных сферах техники. Например, обеспечит эффективную очистку выхлопных газов транспорта с тепловыми двигателями внутреннего сгорания, отходящих газов вредных производств, например, в теплоэлектростанциях, в нефтехимической и металлургической промышленности, а также при сжигании и переработке различных отходов в отходомусоросжигающих установках, и др.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Конкретнее, в нашем изобретении экологическую очистку токсичных отходящих газов осуществляют путем первоначальной активизации окислителя и последующего интенсивного перемешивания его с токсичными отходящими газами. Сущность данного нового способа очистки токсичных газов состоит в интенсификации процесса окисления и дожиге отходящих токсичных газов путем ускорения процесса доокисления несгоревших остатков горючих веществ и некоторых токсичных окислов ( окиси углерода и прочих) путем дозированного введения в их состав озонированного окислителя.

Благодаря высокой окислительной способности озона и его химической активности при разрыве сложных радикалов углеводородов и токсинов, и происходит эффективная дезактивация токсичных газов. Регулирование степени активизации окислителя, например, степени озонирования воздуха осуществляют в зависимости от интенсивности потока и токсичности отходящих газов. Одновременно интенсифицируют горение пламени путем активизации (электрической или магнитной) топлива и окислителя в камере горения. После этого дополнительно проводят мокрую очистку уже существенно очищенных озоном отходящих газов, путем пропускания этих газов через водяной пар. В результате такой комбинированной обработки газов и дополнительной интенсификации горения, отходящие газы полностью очищаются , после чего их выпускают в атмосферу.

АКТУАЛЬНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Все существующие огневые технологии, наиболее распространенные в мире, крайне несовершенны с позиции экологии, и именно они ответственны за глобальное экологическое загрязнение планеты.

Настоящее изобретение достаточно просто и эффективно решает проблему экологического усовершенствования огневых технологий В связи с огромной значимостью проблемы экологической очистки отходящих газов, а значит, и атмосферы планеты во всем мире, для сохранения природы и здоровья цивилизации, значение и сфера применения данного изобретение также весьма велики.

Изобретение проверено экспериментально.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к экологии и огневым технологиям, точнее, к способам экологической очистки токсичных газообразных выбросов любых видов промышленности и транспорта. Поэтому оно может найти широкое применение на всех видах огневых установок: экологически вредные производства(теплоэнергетика, металлургическая, кабельная, химическая, нефтеперерабатывающая промышленность и другие, транспорт с тепловыми двигателями(автотранспорт, водный, речной, воздушный).

Предлагаемый способ может быть также эффективно применен и для очистки отходящих токсичных газов при сжигании и переработке отходов и мусора. В отличие от многих аналогов в этой сфере его реализация на порядок дешевле способов-аналогов при той же степени очистки газов.

СУТЬ ПРОБЛЕМЫ

Проблема глубокой экологической очистки токсичных отходящих газов, особенно в широко распространенных огневых технологиях, является сложной научно-технической проблемой. Которая, несмотря на ее крайнюю актуальность, в связи с нарастающим глобальным экологическим кризисом, до конца пока не решена в мире ни в научном, ни в техническом аспектах.

По сути, все известные и применяемые на практике, способы очистки газов, несовершенны, дороги и ограничены только определенным спектром очистки токсинов. Например, каталитические поверхностные способы очистки газов, реализуемые посредством сотовых структур с дорогостоящим платиновым или палладиевым покрытием , не позволяют очистить газы от дымности.

Доказательства этому приведены нами частично ниже при анализе разнообразных известных и запатентованных технических решений в этой сфере экологической техники.

АНАЛИЗ И КРИТИКА АНАЛОГОВ

Известны различные способы очистки отходящих газов, например химические, термические, каталитические (см. кн. Бернадинера М.Н. «Огневая переработка и обезвреживание промотходов», М., 1990г, с. 28 – аналоги).

Известен физико-химический (каталитический) способ очистки отходящих газов путем пропускания токсичных газов через систему поверхностей с покрытием из дорогостоящего химического катализатора, например платины, палладия или их комбинации (например, патент РФ № 2023179). Недостатки состоят в дороговизне и сложности реализации способа, в торможении основного потока газов из-за высокого аэродинамического сопротивления платиновых сеток, необходимости предварительной очистки отходящих газов и твердых частиц, из-за которых каталитический способ неработоспособен.

Известен способ электрической очистки отходящих газов от дымности путем электрофильтрования микрочастиц сажи и прочих твердых частиц из отходящих газов на одном из высоковольтных электродов, размещенным в дымопроводе с последующим систематическим удалением с него сажевых осадков (см. заявку Японии № 63-13007, публ. 23.03.88 г. МКИ F 01 N 3/ 08; а. с. СССР № 601854, № 1212490 и др.). Недостатки данного способа состоят в ненадежности его реализации из-за систематического «закорачивания» электродов токопроводящим слоем сажи, в низкой производительности.

Известен механический вихревой способ очистки твердых частиц, дымности и сажи из отходящих газов, состоящий в механическом сепарировании твердых частиц путем механического вращения потока газа (кн. М. Н. Бернадинера «Огневая переработка и обезвреживание промотходов» , М., 1990). Недостаток данного способа состоит в значительных энергозатратах, в слабой степени очистке газов от дымности, а также в необходимости систематического удаления собранных в процессе сепарации потока частиц.

Известны комбинированные способы нейтрализации токсичных окислов отходящих газов путем их химические обработки щелочной жидкостью в комбинации со способом их предварительного каталитического обезвреживания (патент России № 2023177, 1994; МКИ F 01N 3/02). Недостатки состоят в трудности реализации способа (особенно для ДВС) из-за создания значительного аэродинамического сопротивления потоку отходящих газов, в малом сроке безотказной работы из-за быстрого засорения сажей пористых щелочных капсул.

Известен плазменно-термический способ дожига токсичных компонент отходящих газов путем пропускания их через струю низкотемпературной плазмы (а. с. СССР № 1460368, 1989, МКИ F 01 № 3/08). Сущность способа-прототипа состоит в термоионизации токсичных компонент отходящих газов и интенсификации процессов их дожига и нейтрализации. Основной недостаток способа-аналога состоит в неполной экологической очистке отходящих газов из-за относительно низкой температуры получаемой сложной смеси (плазма-газ). Этот недостаточная эффективность очистки газов возникает, конкретнее, из-за трудности ионизации всего потока газов в недостаточном дроблении и дожиге в этом пламени сложных радикалов несгоревшего топлива, содержащихся в этих газах. Недостаток аналога состоит также в высоких энергозатратах на очистку газов из-за перерасхода топлива на создание этого дополнительного факела пламени.

Известен электроогневой способ очистки отходящих газов путем пропускания потока токсичных газов через дополнительное наэлектризованное чисто горящее пламя (аналог – наш патент № 2125168 с приоритетом от 15. 11. 95.). Благодаря электрическим силам наэлектризованное пламя успешно разрывает и дожигает несгоревшие остатки топлива в отходящих газах. Токсичная окись углерода также доокисляется в этих газах в процессе взаимодействия с электронами пламени до безвредного углекислого газа. Однако, несмотря на эффективность, данный способ сложен в реализации.

ВЫБОП, АНАЛИЗ И КРИТИКА СПОСОБА-ПРОТОТИПА И УСТРОЙСТВА ПРОТОТИПА

Наиболее близким по техническому решению и сущности к предлагаемому изобретению является известный способ очистки отходящих токсичных газов путем подачи и смешивания с ними дополнительного окислителя.

Известен способ экологической очистки отходящих токсичных газов путем разбавления этих газов дополнительным окислителем, подаваемым принудительно в выпускной тракт с этими газами и их смешивании с окислителем (способ-прототип – описан, например, в книге «Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды», перевод с польского, М., 1976г.). Способ основан на дополнительном окислении газов и реально применяется при очистке выхлопных газов от тепловых двигателей автотранспорта. Главные достоинства данного способа-простота и дешевизна осуществления

СУЩЕСТВО СПОСОБО-ПРОТОТИПА

В результате реализации известного способа происходит частичная экологическая очистка этих газов от неполностью сгоревших углеводородов и окислов углерода в связи с усилением процесса окисления в зоне смешения этих газов с окислителем (воздухом). Подача дополнительного воздуха в выпускной тракт отходящих газов регулируется только в зависимости от величины коэффициента избытка воздуха. Но этот способ не позволяет осуществить гибкое регулирование расхода воздуха в зависимости от интенсивности и различной токсичности отходящих газов. Такой способ и устройство были испытаны экспериментально еще в 80 годах и даже эксплуатировались на зарубежном автотранспорте. Экспериментально доказана их относительная эффективность по снижению уровня углеводородов и окиси углерода в отходящих газах.

КРИТИКА НЕДОСТАТКОВ СПОСОБА-ПРОТОТИПА

Главный недостаток способа-прототипа состоит в его низкой эффективности очистки токсичных газов. Особенно в условиях их дымности. Недостатком способа-прототипа является не только неполная экологическая очистка этих газов, но даже и экспериментально зафиксированное усиление токсичности газов по отдельным компонентам, в частности, новообразование в отходящих газах при некоторых условиях крайне токсичных окислов азота. Их возникновение до конца научно не объяснено. Возможно, этот эффект обусловлен избытком воздуха, образующимся в камере очистки газов. В результате чего и увеличивается температура отходящих газов. И, как следствие, в этих газах образуются токсичные окислы азота. Как известно, очистка газов от окислов азота является еще более сложной и еще не разрешенной полностью задачей экологии

АНАЛИЗ И КРИТИКА УСТРОЙСТВА-ПРОТОТИПА

Устройство-прототип для реализации данного относительно простого известного способа (описано в той же книге) состоит из системы воздуховодов, выпускного тракта, воздушного насоса, соединенного через специальные воздушные (впускной, обратный и разгрузочный) клапаны с воздуховодами и выпускным трактом.

Сущность работы устройства состоит в подаче дополнительного окислителя (воздуха) из атмосферы через воздушный насос и обратный клапан в выпускной тракт. Упомянутые клапаны предназначены для регулирования расхода подаваемого в газы окислителя. Недостатком устройства является также малая управляемость расходом воздуха и отсутствие контроля и гибкого регулирования по обратной связи по степени токсичности отходящих газов после их очистки.

СУЩЕСТВО ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нами предложен новый способ очистки токсичных газов, близкий по технической сущности с прототипом, но намного более эффективный.

Мы предлагаем очистку отходящих токсичных газов осуществлять путем их смешения с дополнительным активизированным окислителем. Причем этот окислитель дополнительно активизируют. В нашем способе его активизируют специальными методами (электризуют, озонирует). Причем регулируют его расход и степень активизации в зависимости от различных факторов. Развитие изобретения состоит в том, что интенсифицирует процесс перемешивания отходящих газов и активизированного окислителя путем вихревой закрутки одного или обоих потоков относительно друг друга. Развитие способа состоит и в том, что на второй ступени очистки осуществляют дополнительную мокрую очистку отходящих газов, и интенсифицируют сам процесс горения пламени путем активизации топлива и окислителя, подаваемых в зону горения, либо активизируют всю топливовоздушную смесь непосредственно в зоне горения по конкретной огневой технологии.

Такую регулируемую активизацию топлива и окислителя главного огневого процесса производят либо их озонированием, либо электризацией, либо их омагничиванием, например топлива или всей горючей смеси. Степень требуемой активизации окислителя и топлива отслеживают и регулируют специальными устройствами - активизаторами по информации с датчиков токсичности отходящих газов на различных ступенях их очистки. Таким образом, нами предложен новый комбинированный способ физико-химической очистки отходящих газов путем введения в них дополнительного окислителя (воздуха).

Рассмотрим подробнее отличия нового способа от прототипа.

Отличия предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что:

1. Очистку отходящих газов в нем осуществляют путем активизации окислителя , подаваемого в зону очистки отходящих газов
2. Активизацию окислителя осуществляют путем озонирования этого дополнительного окислителя, подаваемого в выпускной тракт, причем регулирует степень озонирования окислителя (воздуха) в зависимости от интенсивности потока отходящих газов, их состава и концентрации в них токсичных веществ.
3. Озонирование окислителя, подаваемого в отходящие газы, осуществляют путем электрическим способом, например коронирующим или тлеющим электрическим разрядом, причем степень озонирования окислителя регулируют изменением напряженности электрического поля в зоне электрического этого разряда.
4. Развитие способа состоит в том, что активизацию окислителя осуществляют путем электризации окислителя посредством трибоэлектрического эффекта трением воздуха о специальную внутреннюю трибоэлектрическую поверхность воздуховода, причем регулируют степень электризации окислителя путем изменения скорости воздуха в осевом и тангенциальном направлении.
5. Развитие изобретения состоит в том, что в качестве окислителя используют воздух, кислород, озон
6. Развитие способа состоит в том, что активизированный окислитель, например, озонированный воздух, получают заранее и затем его подают под давлением в выпускной тракт
7. Развитие способа состоит в том, что вначале окислитель(воздух )подают в выпускной тракт, а уже затем там его озонируют, например, электрическим способом, непосредственно в выпускном тракте.
8. Развитие изобретения состоит в том, что одновременно активизируют окислитель и в впускном и в выпускном трактах
9. Развитие способа состоит в том, что осуществляют интенсивное перемешивание данного дополнительного окислителя(воздуха)с отходящими газами, например, путем его завихрения во впускном тракте или в самом выпускном тракте.
10. Развитие способа состоит в том, что осуществляют взаимосвязанное регулирование расхода дополнительного окислителя(воздуха) и степени его озонирования в зависимости от интенсивности потока отходящих газов и их параметров (токсичность, коэффициент избытка воздуха и пр.)
11. Развитие способа состоит в том, что регулируют расход окислителя(воздуха) и степень его активизации(электризации, озонирования )по критерию минимума токсичности очищенных, выпускаемых в атмосферу отходящих газов.
12. Развитие способа состоит и в том, что вводят дополнительную операцию мокрой очистки отходящих газов, конкретнее, путем их дополнительной обработки горячим водяным паром или водо-щелочным паром, после чего собранные кислотные или солевые осадки отводят из газов и конденсируют в специальных емкостях, а полностью очищенные и охлажденные отходящие газы выпускают в атмосферу
13. Развитие изобретения состоит в том, что очистку отходящих газов осуществляют путем интенсификации самого процесса горения , конкретнее путем активизации топлива и окислителя, подаваемых в зону горения пламени
14. Развитие способа состоит в том, что окислитель и топливо для основного процесса горения озонируют
15. Развитие способа состоит в том, что эти рабочие реагенты огневой установки взаимосвязанно активизируют и регулируют в зависимости от требуемой интенсивности горения и степени токсичности отходящих газов, конкретнее топливо омагничивают или электризуют, а окислитель- озонируют
16. Развитие основного способа очистки состоит в том, что одновременно осуществляют очистку отходящих газов путем операций по п.1-12 и по п.13-15
17. Развитие изобретения – устройства состоит в том, что нами предложено дополнить известное устройство для реализации способа-прототипа, содержащее источник токсичных отходящих газов- огневую установку, впускной тракт для подвода окислителя и выпускной тракт для отвода отходящих токсичных газов, воздушный насос, соединенных с атмосферой и между собой через воздушные клапаны, регулируемыми активизатором окислителя и топлива
18. Развитие устройства состоит в том, что оно дополнено устройством управления расходом окислителя и активизаторами окислителя и топлива, содержащим логическое устройство и датчики токсичности газов, установленными в выпускном тракте, и соединенными через логическое устройство с регулятором степени активизации окислителя(электризации, озонирования воздуха), и с электрическим регулятором давления воздушного насоса.
19. Развитие изобретения-устройства состоит в том, что в качестве регулируемого активизатора окислителя нами использован регулируемый электрический озонатор с электрическим регулятором степени озонирования, а расход окислителя в ОГ осуществляют электрическим регулятором давления электрифицированного воздушного насоса.
20. Развитие изобретения состоит в том, что озонатор выполнен в виде регулируемого высоковольтного преобразователя напряжения ( с выходным напряжением постоянного или переменного тока и по величине не менее1 кВ) и системы озонирующих электродов(коронирующих или для получения тлеющего электрического разряда), присоединенных к выходам упомянутого преобразователя напряжения.
21. Развитие изобретения состоит в том, что система озонирующих электродов размещена во впускном воздуховоде..
22. Развитие изобретения состоит в том, что система озонирующих электродов размещена непосредственно в выпускном тракте после места соединения его с воздуховодом
23. Развитие изобретения устройства состоит в комбинации мест размещения электродов озонатора согласно п.21 и 22
24. Развитие изобретения состоит в том, что воздуховод с встроенным активизатором окислителя соединен с выпусным трактом через специальный завихритель воздуха, выполненный, например, в виде воздушной улитки с изменяемым углом атаки воздуха, или в комбинации завихритель-эжектор.
25. Развитие изобретения состоит в том, что выпускной тракт выполнен термостатированным
26. Развитие изобретения состоит в том, что дополнено устройством мокрой очистки газов, содержащим специальную камеру, входящую в состав выпускного тракта, специальные емкости, водоводы, устройство конденсации влаги
27. Развитие изобретения устройства состоит в том, что дополнено регулируемым активизатором топлива
28. Развитие устройства состоит в том, что активизатор топлива выполнен в виде регулируемого трибоэлектрического электризатора топлива
29. Развитие устройства состоит в том, что активизатор топлива выполнен в виде регулируемого омагничивателя топлива
30. Развитие устройства состоит в том, что управляющее устройство выполнено на основе программируемого контроллера и присоединено по входу к датчикам токсичности газов, а по выходу ко входам управления регулируемых активизаторов окислителя и топлива и к регуляторам расхода окислителя и топлива

.

РЕАЛИЗАЦИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Реализация данного способа пояснена на примере простейшего устройства, блок-схема которого приведена на фиг.1. Для упрощения пояснения устройства все его блоки показаны упрощенно и схематически

Рис.1

Эта схема является собственностью изобретателя и может быть предоставлена по личному запросу на имя автора изобретения

Обозначения к фиг.1

Принятые буквенные обозначения на чертеже:

Т- топливо; В- воздух; В1-озонированный воздух; Ж- очищающая жидкость для увлажнения газов (например, вода или щелочная эмульсия); Ж1-жидкие отходы; ОГ- отходящие газы с выхода огневой установки; ОГ1- то же после их озоновой обработки; ОГ2- то же после их увлажнения; ОГ3-то же после их полной очистки

Обозначения позиций блоков и элементов устройства:

1. Огневая установка для реализации любой огневой технологии( тепловой двигатель, печь для сжигания отходов и прочее)
2. выпускной коллектор огневой установки
3. полный выпускной тракт для отвода газообразных продуктов горения, конкретнее, токсичных отходящий газов(ОГ1) показан пунктиром
4. камера озоновой обработки отходящих газов (термостатирована), входит в состав выпускного тракта.
5. камера мокрой очистки ОГ(выполнена с коррозионно-стойким внутренним покрытием)
6. камера сушки ОГ Предназначена для конденсации кислотного пара и сбора микрокапель из ОГ, с коррозионно-стойким внутренним покрытием. Камера выполнена по принципу вихревой сепарации влаги или с встроенным сепаратором влаги на основе электрофильтра. Детали ее конструкции для упрощения чертежа не показаны)
7. оконечная часть выпускного тракта. Предназначена для глушения шума и выпуска очищенных ОГ в атмосферу.
8. главный воздушный тракт( тракт подачи озонированного окислителя в ОГ)
9. устройство ввода озонированного окислителя внутрь выпускного тракта(возможен вариант исполнения в виде завихрителя или его комбинации с эжектором)
10. воздуховод(оконечная часть главного воздушного тракта) Предназначен для для подачи потока озонированного окислителя в ОГ.
11. распределительный регулируемый клапан ( предназначен для перераспределения давления воздуха в зону горения огневой установки 1 и в зону очистки ОГ( блок регулирования не показан, выполнен по принципу поворота заслонки по команде системы управления)
12. камера регулируемого озонирования окислителя
13. обратный воздушный клапан
14. впускной воздушной патрубок( с фильтром, который не показан) главного воздушного тракта
15. регулируемый электрифицированный воздушный насос
16. воздушный дополнительный тракт(предназначен для подачи озонированного воздуха в зону горения устройства1)
17. электродвигатель воздушного насоса
18. устройство регулирования давления насоса( по сути –это электрический регулятор напряжения питания электродвигателя)
19. озонатор показан в виде электрического устройства, хотя может быть выполнен и виде обычного трибоэлектрического электризатора воздуха – посредством завихрителя воздуха в камере 12 со специальным покрытием.
20. специально игольчато-дырчатые металлические электроды для электрического озонирования окислителя( размещены электроизолированно в камерах 4 и 13) и электрически присоединены к выходу блока 20 озонатора
21. высоковольтный преобразователь напряжения ( напряжение на выходе не ниже 1 кВ)
22. регулятор напряжения озонатора. Предназначено для регулирования степени озонирования окислителя
23. регулятор расхода очищающей жидкости
24. логическое устройство управления (может быть выполнено программируемым на основе миропроцессора и предназначено для одновременного и взаимосвязанного управления основными узлами устройства. А именно воздушным насосом, распределительным клапаном, для управления блоком озонатора, устройством мокрой очистки ОГ в зависимости от степени очистки отходящих газов)
25. датчик токсичности ОГ( электрически согласован по входу и выходу с системой управления устройства по реализации способа и подключен к логическому устройству 24)
26. емкость с очищающей жидкостью(водой или водо-щелочной эмульсией) с распыляющими форсунками( для упрощения не обозначены . а показаны упрощенно на позиции 26 черным цветом).
27. устройство сбора влаги и пара из ОГ
28. емкость для сбора жидких отходов из ОГ
29. топливный бак и устройство подачи топлива
30. активизатор топлива
31. электризатор топлива( электрический блок типа блока 19, причем электризующие электроды размещены непосредственно витопливном баке и ли топливопроводе)
32. дополнительный воздуховод в топливопровод
33. устройство электрического воспламенения

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА В СТАТИКЕ

Устройство для осуществления способа содержит огневую установку1 (условно, внутри этого блока на чертеже показаны прямоугольниками зоны подачи окислителя, ввода топлива и зона образования токсичных отходящих газов), с ее выпускным коллектором 2, обеспечивающим отвод токсичных отходящих газов(ОГ) из камеры горения огневой установки 1 в выпускной тракт 3(показан пунктиром). Этот блок 3 присоединен механически к выпускному коллектору газов 2 и состоит из последовательно соединенных термостатированных элементов(например, металлических труб с внешней тепловой изоляцией). Конкретнее, этот выпускной тракт 3 содержит камеру 4 для озоновой обработки ОГ, и далее соединенную с ней камеру 5 мокрой очистки ОГ, покрытой изнутри коррозионно-стойким покрытием, и камеру 6, предназначенную для осушения газов, и выполненную по возможности также с упомянутым коррозионно-стойким внутренним покрытием. Камера 5 по конструкции может быть выполнена либо в виде обычного газопровода или по более совершенной конструкции, например, по вихревому типу механического сепаратора влаги, или может быть снабжена дополнительным устройством для сбора влаги ,типа электрофильтровального сепаратора влаги. К выходу камеры 6 осушения ОГ присоединена оконечная часть 7 выпускного тракта 3–конкретнее выпускная труба 7, выполняющая одновременно роль глушителя, радиатора и направляющей конструкции для выпуска очищенных газов ОГ3 в атмосферу.

Камер 4 озоновой очистки соединена с главным воздушном трактом 8 посредством устройства ввода 8 , которое служит для подачи озонированного окислителя (В1), внутрь выпускного тракта 3, конкретнее , внутрь камеры 4 . Это устройство ввода 9 является по конструкции в простейшем случае просто соединительным фланцем между воздушным трактом 8, в которое оно входит, и выпускным трактом 3. В более усовершенствованном техническом варианте осуществления предлагаемого способа очистки отходящих газов устройство ввода 8 выполнено для улучшения смешивания ОГ с озонированным окислителем В1, в виде завихрителя воздуха (воздушной улитки), причем возможна его комбинация с эжектором воздуха для снижения аэродинамического сопротивления потока окислителя в выпускной тракт3. Естественно, в связи с известностью конструкций завихрителей воздуха и воздушных эжекторов и для упрощения описания устройства, мы в тексте изобретения не детализируем более подробно это устройство 9. Главный воздушный тракт 8 содержит, кроме устройства ввода 9, также соединенный с ним оконечный воздуховод 10, подключенный через разделительный воздушный клапан11 к камере 12 озонирования окислителя. Камера 12 присоединена через запорный клапан 13 и воздушный насос 14 к воздушному входному патрубку 15, в состав которого входит и воздушный фильтр(он не показан). Воздушный патрубок 15 служит для забора воздуха (В ) из атмосферы. Воздушный тракт 8 снабжен также дополнительным воздуховодом 16, соединяющим разделительный (регулируемый) клапан-заслонку11 и воздушный вход огневой установки 1. Этот воздуховод служит для регулируемой подачи озонированного воздуха В1 из главного воздушного тракта 8 в зону горения огневой установки 1.описываемое устройство содержит также электрическую часть ( блоки 17,18,19,20,21,22)., и электронную систему управления(блоки 23,24 . электрическая часть воздушного насоса 14 состоит из электродвигателя 17 с устройством регулирования давления 18 . По схеме выполнения блок 18 –это типовой регулятор электрических параметров питающего напряжения на силовом входе электродвигателя 17(величины и (или) частоты напряжения питания).

Электрическая часть озонатора 19 состоит из специальных электродов 20(с игольчато-дырочной поверхностью), размещенных электроизолированно от корпусов внутри конструкций камер 12,4 и электрически присоединенных к выходу высоковольтного преобразователя напряжения 21. Он выполнен, например, по индуктивно- транзисторной схеме управляемого блокинг-генератора и присоединен по цепи питания к выходу электрического регулятора напряжения 22. Электрическая часть описываемого устройства дополнена также регулятором 23 напора и расхода жидкости для обеспечения в процессе мокрой очистки ОГ2 требуемого расхода и сбора очищающей жидкости (Ж).

Упомянутые электрические регуляторы 18,22,23, а также регулятор угла поворота заслонки распределительного клапана 11 присоединены по цепям управления к выходу - логического устройства 24.Он представляет собой цифровой программный контроллер управления, входы которого присоединены к электрическим выходам двух идентичных датчиков 25 токсичности очищаемых газов, установленных в конце выпускного тракта3 и в конце камеры 4 их озоновой очистки. Блок управления логического устройства 24 настроен по критерию минимума токсичности выпускаемых в атмосферу газов ОГ3. Т.е., таким образом, чтобы обеспечивать на всех режимах работы огневой установки 1 взаимосвязанное регулирования и поддержание требуемого расхода окислителя В в зоне горения и озоновой очистки ОГ, и требуемой степени его озонирования(В1) в зависимости от режима работы установки 1 и от требуемой степени экологической очистки отходящих газов ОГ3. В состав устройства входят две емкости 26 и 28, предназначенные для подачи и сбора очищающей жидкости Ж.

Отметим что регулятор 23 содержит( не раскрыто на фиг.1) электрический маломощный водяной насос и его регулятор напряжения для обеспечения регулирования расхода очищающей жидкости. Причем своей механической частью этот водяной насос погружен в специальную емкость 26, соединенную герметично с камерой мокрой очистки 5. Для сбора жидких остатков из отходящих газов ОГ2 камера сушки 6 соединена герметично через коррозионно-стойкий трубопровод 27 (с устройством аккумуляции влаги- для простоты чертежа не показано) и далее с сборной емкостью 28, покрытой изнутри коррозионно-стойкой поверхностью.Топливная система, конкретнее топливный бак и устройство подачи топлива огневой установки 1 обозначены упрощенно единой позицией 29.

Устройство дополнено также блоком активизации топлива 30, присоединенный по цепи управления к одному из выходов логического блока 24.Блок 30 включает электризатор топлива 31, дополнительный воздуховод 32, присоединенный к топливному баку 29. В устройстве имеются также электроискровые воспламенители топливовоздушной смеси, обозначенные позицией 33, которые размещены в камере горения установки1 и в камере озоновой очистки 4.

Естественно, в состав описываемого устройства должны входить для контроля за процессами горения и очистки отходящих газов и прочие разнообразные датчики. В частности, полезны в процессе работы установки датчик уровня и расхода топлива, очищаемой жидкости, расхода воздуха. А также датчик степени озонирования окислителя, датчики температуры горения и отходящих газов, и прочие. Но для упрощения чертежа и ясности описания изобретения, и в связи с тем, что их наличие или отсутствие не отражается на сути реализации данного способа, они на фиг.1 не показаны.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА В ДИНАМИКЕ

Устройство работает следующим образом. Вначале включают воздушный насос 15 и озонатор окислителя19 и подают в зону горения из топливного бака 29 через систему подачи топлива активизированное посредством блока 30(наэлектризованное и озонированное)топливо Т.. Одновременно подают в зону горения огневой установки 1. и активизированный окислитель (озонированный воздух В1) через воздушный тракт8, через разделительный клапан 11 и дополнительные воздуховоды 16,32 Далее электрически воспламеняют топливовоздушную смесь устройством 33. В процессе горения пламени воспламененной топливной смеси, в установке образуются токсичные отходящие газы(ОГ). Далее они поступают через выпускной коллектор 2 в выпускной тракт 3, где их и смешивают, конкретнее в камере 4 с озонированного окислителя(В1), который подают туда же под давлением в зону очистки через воздушный тракт 8, через оконечный воздуховод 10 и (вихревое) устройство ввода 9.

В результате активного перемешивания и химического взаимодействия потока ОГ с озонированным окислителем в камере 4 происходит активное доокисление многих токсичных составляющих ОГ. Одновременно воспламеняют эту горючую смесь устройством электрозажигания 33 и осуществляют частичную плазменную экологическую очистку этих отходящих газов от углеводородов и ряда вредных окислов(СО и прочие).. В случае залповых выбросов установки 1 такое дожигание газов в сере активизированного окислителя В1 особенно эффективно.

В процессе данной экологической очистки потока газов осуществляют регулирование расхода окислителя и степени его активизации от устройства управления 24, подключенное по выходу ко входам регуляторов активизаторов 19,30 окислителя и топлива Т. .Информацию о токсичности отходящих газов (ОГ,ОГ1,ОГ2 и ОГ3), и конкретнее о степени озоновой очистки ОГ1 и полной очистки ОГ3 с датчиков 25 токсичности ОГ подают на вход логического устройства 24, которое и управляет работой регуляторов 18,22,24.Далее , для устранения токсичных окислов из газов осуществляют их мокрую очисткуначинают очищать путем аэрозольного распыления в них , в камерех 5 под давлением нагретой жидкости из емкости 26 , а после адсорбирования окислов в микрокапли влаги, ее(токсичную кислотную влагу) конденсируют, путем осушения газов в камере 6( механическим сепарирование путем вращения потока или электрофильтрованием), после чего направляют полученные жидкие отходы в емкость 28 по трубопроводу 27, а очищенные и охлажденные газы ОГ3 выпускают через оконечное устройство7 выпускного тракта 3 в атмосферу.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ДОСТИЖЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА

Благодаря активизации окислителя (озонированию или электризации) возрастает во много раз его окислительная способность, а интенсивное его перемешивание с отходящими газами существенно увеличивает скорость окислительных реакций в этих газах. Благодаря дополнительному дожигу этой смеси в выпускном тракте путем ее электрического воспламенения полностью устраняются запахи и углеводороды, а также окись углерода.

Благодаря активизации топлива и окислителя, подаваемых взаимосвязанно в зону горения, токсичность исходных отходящих газов также существенно ( в несколько раз) снижается. Поэтому последующий процесс очистки газов существенно упрощается. В частности, в процессе их окончательной очистки в выпускном тракте требуется значительно меньше окислителя, чем в способе прототипе.

Активизированный окислитель, интенсивно перемешанный с очищаемыми газами, обеспечивает существенное ускорение процессов горения и доокисления многих токсичных компонентов, входящих в состав отходящих газов.

Как показали эксперименты, регулируемая активизация окислителя и топлива, подаваемых в зону горения, также существенно улучшают степень очистки отходящих токсичных газов. В отличие от способа-прототипа, в нашем способе существенно снижается требуемый расход окислителя, а его активизация и регулирование степени его активизации (электризации. озонирования) в зависимости от токсичности ОГ , а также мокрая очистка газов позволяет осуществлять намного более глубокую очистку этих газов вне зависимости от состава и концентрации токсичных веществ в отходящих газах.

Дополнительный положительный эффект более глубокой очистки отходящих газов достигается в нашем способе также путем интенсификации самого процесса горения пламени благодаря введению новой операции одновременной активизации топливовоздушной смеси в главной зоне горения огневой установки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый способ проверен нами экспериментально на дизельном автотранспорте (КАМАЗ). В экспериментах по экологической очистке отходящих выхлопных газов расход дополнительного воздуха составил порядка 20% от расхода отходящих выхлопных газов. Степень озонирования этого воздуха составила в опытах 1-2%. Расход электроэнергии на работу электрического озонатора не превышал 40-50 вт. Расход воды для мокрой очистки не превышал 1-2 литров в час в зависимости от режима работы дизеля. По результатам данных экспериментов достигнуто снижение сажевой компоненты после озоновой обработки в 15-20 раз, по углеводородам в 3-5 раз, по угарному газу (окиси углерода в 3-5 раз, по остальным токсичным окислам в 5-8 раз!

ВЫВОД О ПОЛЕЗНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, предлагаемый способ и устройство обеспечивает благодаря существенным отличиям новый положительный эффект, их более глубокую экологическую очистку, причем на всех режимах и при любом составе этих газов и по сравнению с аналогами относительно недорого.

Отметим также, что в случае реализации данного изобретения в полном объеме, включая также и операции по интенсификации самого процесса горения путем активизации топливовоздушной смеси, появляется и дополнительный положительный эффект – энергетическое и экологическое усовершенствование самой огневой технологии и существенная (до 20%) экономия топлива.

.

Просим выдать патент на способ и устройство очистки токсичных отходящих газов со следующей формулой изобретения

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очистки отходящих газов путем введения в них дополнительного окислителя, отличающийся тем, что осуществляют активизацию этого окислителя, причем регулируют его расход и степень активизации этого окислителя в зависимости от интенсивности потока отходящих газов, их состава и концентрации в них токсичных веществ.
2. Способ по п.1., отличающийся тем, что активизацию окислителя осуществляют путем его озонирования, причем электрическим способом, например коронирующим или тлеющим электрическим разрядом, причем степень озонирования окислителя регулируют изменением напряженности электрического поля в зоне электрического этого разряда.
3. Способ по п. 1-2, отличающийся тем, что активизацию окислителя осуществляют путем его электризации трением о специальную внутреннюю трибоэлектрическую поверхность воздуховода, причем регулируют степень его электризации путем изменения скорости окислителя в осевом и тангенциальном направлении.
4. Способ по п.1,2,3, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют воздух..
5. Способ по п.1,2,3, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют кислород.
6. Способ по п. 1-3, отличающийся тем, что вначале приготавливают заранее активизированный, например, озонированный окислитель, а затем его подают в выпускной тракт, и затем смешивают его с отходящими газами.
7. Способ по п. 1-3, отличающийся тем, что вначале окислитель подают в выпускной тракт, а уже затем активизируют его, например, озонируют например, электрическим способом непосредственно в выпускном тракте.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что активизацию окислителя осуществляют комбинированным путем его одновременной электризации и озонирования.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что активизацию дополнительного окислителя осуществляют одновременно и в воздушном тракте, и в выпускном тракте
10. Способ по п. 1-7, отличающийся тем, что осуществляют интенсивное перемешивание данного дополнительного окислителя с отходящими газами, путем его первичного завихрения во впускном тракте или(и) на входе в выпускной тракт.
11. Способ по п.1-7, отличающийся тем, что осуществляют взаимосвязанное регулирование расхода дополнительного воздуха и степени его активизации(озонирования) в зависимости от интенсивности потока отходящих газов и их параметров (токсичность, коэффициент избытка воздуха и пр.)
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрически воспламеняют горючую смесь перемешанных с окислителем отходящих газов.
13. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют расход дополнительного окислителя в отходящие газы и степень его активизации(озонирования )по критерию минимума токсичности отходящих газов, выпускаемых в атмосферу.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют мокрую дополнительную обработку очищенных озоном отходящих газов путем их дополнительной обработки аэрозолью жидкости(водой или водо-щелочным паром, после чего собранные кислотные или солевые осадки отводят из этих газов и конденсируют в специальных коррозионно-стойких емкостях, а очищенные и охлажденные отходящие газы выпускают в атмосферу
15. Способ по п.1. отличающийся тем, что воспламеняют и дожигают перемешанную горючую смесь отходящих газов с активизированным окислителем, в зоне их смешивания.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижают токсичность отходящих газов путем интенсификации самого процесса горения пламени в огневой установке, причем путем регулируемой активизации топлива и(или) окислителя, подаваемых в зону горения пламени конкретной огневой установки.
17. Способ по п.16,отличающийся тем, что интенсифицируют горение пламени огневой установки путем регулируемой активизации только окислителя, подаваемого в основную зону горения пламени огневой установки
18. Способ по п.16,17, отличающийся тем, что активизацию окислителя для интенсификации горения пламени осуществляют заранее
19. Способ по п.16,17, отличающийся тем, что активизируют окислитель непосредственно в зоне горения пламени
20. Способ по п.18,19 отличающийся тем, что одновременно активизируют окислитель и в зоне горения пламени и заранее в подводящем воздуховоде
21. Способ по п.15, отличающийся тем, что интенсификацию горения пламени осуществляют только регулируемой активизацией топлива
22. Способ по п.16,21, отличающийся тем, что активизацию топлива осуществляют путем его электризации, например, внешним электричеством или трением о стенки трубопровода со специальным внутренним покрытием посредством трибоэлектрического эффекта.
23. Способ по п.16, 21,отличающийся тем, что осуществляют активизацию топлива путем его озонирования посредством пропускания озона через топливо и регулированием его степени насыщения озоном в зависимости от токсичности отходящих газов и режима работы ..
24. Способ по п.16,21, отличающийся тем, что активизацию топлива и окислителя , подаваемых в основную зону горения, осуществляют путем их одновременного озонирования.
25. Способ по п.21, отличающийся тем, что топливо омагничивают
26. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее впускной тракт для подачи окислителя в отходящие газы и выпускной тракт для отвода отходящих токсичных газов, воздушный насос, воздуховоды, воздушные клапаны и соединительные элементы для соединения этих трактов, отличающийся тем, что дополнено регулируемым активизатором окислителя, подаваемого в отходящие газы.
27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что активизатор окислителя выполнен в виде регулируемого электрического озонатора
28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что электроды озонатора выполнены в виде электропроводящих поверхностей с игольчато- дырочной поверхностью и электрически присоединены к блоку высокого напряжения озонатора
29. Устройство по п.27, отличающееся тем, что упомянутые электроды озонатора размещены в воздуховоде
30. Устройство по п.27, отличающееся тем, что упомянутые электроды озонатора конструктивно размещены в выпускном тракте.
31. Устройство по п.27, отличающееся тем, что электроды озонатора размещены одновременно и во впускном и выпускном трактах.
32. Устройство по п.26, отличающееся тем, что активизатор окислителя выполнен в виде регулируемого трибоэлектрического устройства, например, посредством нанесения на внутреннюю поверхность трубопроводов специального диэлектрического покрытия.
33. Устройство по п.26, для реализации способа по п.16, отличающееся тем, что дополнено регулируемым активизатором топлива и окислителя,, подаваемых в зону горения пламени .
34. Устройство по п.26, отличающееся тем, что снабжено управляющим органом с датчиками токсичности, установленными на выходе выпускного тракта, и соединенными через логическое устройство с регулятором степени озонирования окислителя, и с электрическим регулятором давления воздушного насоса.
35. Устройство по п.27, отличающийся тем, что озонатор выполнен в виде регулируемого высоковольтного преобразователя напряжения ( с выходным напряжением постоянного или переменного тока и по величине не менее1 кВ) и системы озонирующих электродов(коронирующих или для получения тлеющего электрического разряда), присоединенных к выходам упомянутого преобразователя напряжения.
36. Устройство по п.32, отличающееся тем, что электризатор окислителя размещен во впускном воздуховоде
37. Устройство по п.32, отличающееся тем, что электризатор окислителя размещен в выпускном тракте после места соединения его с воздуховодом
38. Устройство по п.26, отличающееся тем, что воздуховод соединен с выпусным трактом через специальный завихритель воздуха, выполненный, например, в виде воздушной улитки с изменяемым углом атаки воздуха.
39. Устройство по п.26, отличающийся тем, что выпускной тракт выполнен термостатированным
40. Устройство по п.26, отличающееся тем, что устройство подачи воздуха в выпускной тракт для снижения мощности воздушного насоса выполнено в виде воздушного регулируемого эжектора.
41. Устройство по п.26,. отличающееся тем, что снабжено устройством мокрой очистки отходящих газов, включающее в себя устройство подготовки, подачи и распыления водяной или водо-щелочной эмульсии или пара в поток отходящих газов в месте выпускного тракта, например, специальной коррозионно-стойкой камерой мокрой очистки газов, размещенной после зоны их обработки озонированным воздухом, и соединенной с выпускным трактом, а также устройство конденсации, отвода из газов и их сбора, (кислотных или жидких солевых остатков ) из отходящих газов
42. Устройство по п.26, отличающееся тем, что снабжено устройством электровоспламенения смеси газов с озонированным окислителем, размещенным в зоне их смешивания.