Способ очистки отработавших газов

 

Использование: двигателя внутреннего сгорания газотурбинные двигатели, ракетные двигатели, мартеновские печи, котлы ТЭС и т.д. Сущность изобретения: в потоке отработавших газов (ОГ) определяют концентрацию NOx, вводят в поток ОГ, газ, содержащий кислород, при температуре не ниже 850°С, затем вводят в поток ОГ химически активную среду (ХАС), вводят повторно газ, содержащий кислород, измеряют концентрацию ХАС в потоке ОГ и регулируют ее подачу, поддерживая отношение концентрации ХАС к начальной концентрации NOX в пределах 1,0-1,5 ХАС подогревают перед вводом в поток ОГ. 1 з.п. Ф-лы. 2 ил.

„„5U „„1749502 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)ю F 01 N 3/10 1$ (l 54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У

1 2 (21) 4910631/06 ТЭС и т.д. Сущность изобретения: в потоке (22) 12.02.91 отработавших газов (ОГ) определяют кон(46) 23.07.92. Бюл. М 27 центрацию МОх, вводят в поток ОГ, газ,со(72) f4.È;Ê1ûø держащий кислород, при температуре не (56) Патент США . ниже 850 С, затем вводят в поток Ol химиМ 3908365, кл. F 01 N 3/14, опублик, 1975, чески активную среду (ХАС), вводят повторно газ, содержащий кислород, измеряют (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ OTPA6OTABUJNX концентрацию ХАС в потоке ОГ и регулируГАЗОВ .... : .;, ют ее подачу, поддерживая отношение кон-. (57) Использование: двигателя внутреннего центрации XAC к начальной концентрации сгорания газотурбинные двигатели, ракет- . NO< в пределах 1.0-1,5 XAC подогревают ные двигатели, мартеновские печи, котлы перед вводом.в поток Of. 1 з.п. Ф-лы. 2 ил.

Фж

Изобретение относится к охране окру- . частичное дожигание неокисленных компожающей среды, а точнее к защите воэдуш- нентов в потоке ОГ при температуре не ниного бассейна от вредных веществ {ВВ), же 850 С за счет ввода в поток Ol. газа, образующихся при сжигании углеводород- содержащего кислород, уменьшение кон- 2 ного топлива в различных энергетических центрации (NOx) за счет воздействия íà поустановках. двигателях внутреннего сгора- ток ОГ химически активной средой (ХАС), ния, газотурбинных двигателях, ракетных повторное дожигание неокисленнйх комподвигателях, мартеновских печах, котлах нентов при температуре потока ОГ не менее

ТЗС и т.д. 350ОС за счет ввода в поток Ol газа, содерИзвестен способ дожигания отработав- жащето кислород. О ших газов (ОГ) путем регулируемого ввода Сущность этого способа уменьшения (Jl подогретого воздуха с последующим равно- ИОд в ОГ заключается в том, что с участием (,., мерным смешением его с Of при поддержа- веществ ХАС химические реакции образова- Я ниитемпературм е зоне горения е пределах ния и разложения NO, протекают с доста9б0.-1300 С. точной скоростью е низкотемпературной

Этот способ пригоден только для очист- - области. близкой к температуре истечения ки ОГ в основном от СО и несгоревших учгле- ОГ из энергоустановки. водородов и малоэффективен при очистке При отсутствии ХАС интенсивное протеOf or йОх, так как скорости химических ре- . "Кгакнйзе реакций образования и разложения акцийобразования йО вуказанномдиапа-:, NO" наблюдается при температурак выше зоне температур потока ОГ практичЕски 1700 С, Такой уровень температур в ОГ мо"заморожены". жет быть достигнут только при дополнительИзвестен также способ очистки ОГ от ном сжигании топлива, что нецелесо88, всоответствии с которым производится образйо экономически. Поэтому низкотем1749502 пературное подавление эмиссии с помощью ХАС без дополнительного сжигания топлива является главным достоинством этого способа, Известно, что концентрация (НОх) в ОГ изменится в несколько раз в зависимости от режима работы энергоустановки и вида углеводородного топлива, особенно при сжигании низкосортных топлив и тяжелых

" топлив с уменьшенным содержанием в них водорода.

Если при вводе веществ ХАС не учитывать исходное содержание в ОГ, как это имеет место в известном способе, то эффективность очистки ОГ от NOx может оказаться. очень низкой.

Цель изобретения — увеличение эффективной очистки Ol от ИОх, с учетом заданного конечного уровня концентрации (ЙОх)хон и исходной концентрации (NO,)„„„ вОГ;

Поставленная цель достигается регулируемым вводом веществ ХАС причем отношение концентрации (ХАС) к исходной концентрации (МОх)н ч в ОГ должно находиться в пределах 1,0-1,5, Кроме того, вещества ХАС перед вводам в поток ОГ подогревают, увеличивая тем самьiM их реакционную способность. Пологрев веществ

ХАС позволяет достичь поставленной цели при меньшем количестве веществ ХАС. Подогрев веществ ХАС можно осуществлять, например, за счет подвода энергии извне или за счет энергии потока ОГ, Расчеты показывают, что если для подогрева ХАС использовать энергию потока ОГ, то температура ХАС будет ниже темйературы потока ОГ примерно на 50 — 100, т,е. оказывается близк и к температуре потока ОГ в месте ввода ХАС.

На фиг,1 показана схема устройства очистки ОГ от ВВ; на фиг.2 — данные о влиянии концентрации (МНз) на концентрацию (NO) в ОГ для различных температур потока

ОГ.

Устройство очистки ОГ от ВВ включает в себя корпус 1, теплообменник 2, форсунки

3 для ввода ХАС и газа, содержащего кислород, вентиль 4, газоанализаторы 9 и 16, блок

10 сравнения, задатчики 11 и 24 отношения концентраций, задатчик 12 регулятора, регулятор 13, блок 14 управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм 15, датчики 17 и 18 температуры, чувствительные элементы 19 и 20 датчиков температуры, пробоотборники 21 и 22 и .блок 23 формирования отношений концентраций.

Очистка Oi от ВВ в устройстве осуществляется следующим образом.

Of 5 поступают из энергоустановки в устройство очистки ОГ от 88 с произвольной начальной концентрацией (ИОх)апач, которая определяется с помощью пробо5 отборника 21 и стандартного газоанализатора 16. Производится настройка задатчиков 11 и -24 с учетом начальной концентрации (NO><)<».

Неокисленные компоненты, содержа10 щиеся в ОГ, вначале частично дожигаются при температуре потока ОГ, равной оптимальной температуре ХАС, путем ввода через форсунку 3 газа 6, содержащего кислород, Расход газа 6 устанавливается с

15 учетом датчика 17 температуры; чувствительный элемент 19 которого помещен в потоке ОГ в месте ввода XAC.

Затем уменьшается в ОГ концентрация (ЙОх) за счет регулируемого. вовда в поток

20 ОГ с помощью вентиля 4 и форсунки 3 подогретой в теплообменнике 2 ХАС 7. Система, регулирования функционирует так, С помощью датчика 17 температуры, задатчика .

12 и регулятора 13 производится установка

25 заданной рабочей точки на характеристки устройства, при этом разностный сигнал задатчика 12 и сигнал датчика 17 воздействуют через регулятор 13 и блок 14 управления на исполнительный механизм 15 вентиля 4.

30 Сигналы датчиков 9 и 16 концентрации поступают на вход блока 23 формирования значения отношения концентраций. которое затем поступает на вход блока 10 сравнения, где сравнивается с заданным

35 значением отношения конечной и начальной концентраций, поступающим от задатчика 11. В случае отклонения значения отношения концентраций от заданного из блока IO сравнения поступает сигнал на из40 менение задатчика 13 в блок 14 управления исполнительным механизмом 15 на открытие или закрытие вентиля 4 в зависимости от знака разностного сигнала, Далее производится повторное дожига45 ние неокисленных компонентов(в основном

CO и углеводородов), ЙОх практически "заморожены" в ОГ при.температуре не ниже

350 С путем ввода в поток ОГ через форсунку 3 газа 6. содержащего кислород, Расход газа 6 для повторного дожигания устанавливается с учетом показаний датчика 18 температуры, чувствительный элемент 20 которого помещен в области повторного дожигания ОГ.

Очищенные от В В ОГ 8 затем отводится в атмосферу, Были проведены экспериментальные исследования предлагаемого способа очистки ОГ от ВВ, в котором достигается увеличение качества очистки ОГ от йОх.

",749502

Эффективность очистки ОГ от NOx оценивалась величиной, которая является отношением измеренной конечной концентрации (ИО)кон в Of на выходе из устройства очистки к измеренной начальной концентрации (МО)нач в Of на входе в устройство очистки.

В качестве газа 6, содержащего кислород, использовался воздух, а в качестве ХАС

7 — аммиак.

Эксперименты были проведены для трех различных температур потока Of Начальная концентрация (МО)н ч в ОГ во всех трех случаях поддерживалась одинаковой и равной 300 ед/млн.

Первичное достижение неокисленных компонентов, содержащихся в ОГ, производилось при вводе воздуха через форсунку 3 в количестве до 25% от расхода ОГ через устройство очистки, В результате такого дожигания температура ОГ с учетом отвода энергии от потока ОГ к теплообменнику 2 в месте ввода ХПС 7 устанавливалась равной

900, 1000 и 1100 С, а концентрация (CO) в

ОГ устанавливалась выше (NO) и была соответственно равной 441 ед/млн., 400 ед/мл и 365 ед/млн, Для трех указанных температур потока

ОГ производился регулируемый ввод ХАС 7 в поток ОГ с помощью вентиля 4 и форсунки

3, подогретой в теплообменнике 2. Концентрация (ХАС) в ОГ изменялась от 0 до 750 ед/млн, Повторное дожигание неокисленных компонентов, содержащихся в ОГ, производилось путем ввода воздуха, составляющего 11,5% от расхода О Г через устройство, Такое дожигание обеспечивало поддержание температуры потока Of выше 350ОС.

Результаты экспериментальных исследований представлены на фиг.2, Из графиков видно, что для всех трех температур потока

ОГ концентрация (NO) в ОГ существенно зависит от концентрации аммиака в ОГ. Следовательно, путем регулируемого ввода в поток

ОГ подогретой ХАС можно эффективно уменьшать концентрацию (NO<) в потоке ОГ.

Однако при достаточном увелйчении концентрации (МОз) в ОГ эффективность подавления концентрации (NO) уменьшается..

В точках, соответствующих значению отношения (МНз)/(ИО)н ч=1,0, касательные кривых имеют максимальный угол наклона к оси абсцисс, а вторые йроизводные функций меняют знак с отрицательного на поло- жительный, так как кривые лежат по разные стороны от общих касательных. Эффективность использования ХАС с целью подавления (МОх) в потоке ОГ- в этих точках максимальная.

С увеличением кон центра ции (М Нз) в О Г . эффективность подавления NO, как видно иэ графика фиг.2, снижается и при значении отношения (ИНз)/(ИО)науч больше 1,5 даль5 нейшее увеличение концентрации (ИНз) в потоке ОГ нецелесообразно экономически, так как непроизводительно растет расход

ХАС без заметного снижения концентрации (NO). Так увеличение концентрации (МНз) в

10 ОГ с 450 ед/млн до 800 ед/млн, т,е, в 1,78 раз, при значениях отношения (йНз)/(НО)нач > 1,5 привело бы к снижению концентрации (NO) всего лишь на 3 — 5%, Поэтому можно установить пределы из15 менения концентрации (XAC) при вводе ее в поток ОГ, определяемые значением отношения 1,0

ХАС 1,5, при котором проявляется максимальный эффект подавления

20 концентрации (NO<) в потоке ОГ. Нижний предел определяется точкой перегиба кривой зависимости, а верхний — неэкономичным расходованием ХАС, Увеличение расхода XAC выше значения (ХАС)/(МОх)науч

25 > 1,5 может привести к большим концентрациям (ХАС) в потоке ОГ, как правило, они также являются токсичными.

Использование йредлагаемого способа очистки ОГ от BB обеспечит надежную очист30 ку ОГ от NO> до уровня, определяемого нормами на выбросы ВВ, а также повышение экономичности путем применения утилизации энергии потока ОГ при подогреве XAC.

35 Формула изобретения

1, Способ очистки отработавших газов путем замера начальной концентрации оксидов азота в потоке отработавших газов, . ввода в поток газа, содержащего кислород, 40 с последующим дожиганием неокисленных компонентов при температуре не ниже

850 С, ввода в поток химически активной: среды и повторного ввода в поток отработавших газов газа, содержащего кислород;

45 с последующим дожиганием неокисленных компонентов при температуре.не ниже

350 С, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности, после повтОрного ввода в поток газа, содержащего кис50 лород, замеряют концентрацию химически активной среды в потоке, и ввод химически активной среды регулируют, поддерживая отношение концентрации химически активной среды к начальной концентрации оксидав азота в пределах 1,0-1,5.

2. Способ по п,1, от л и ч а ю шийся тем, что перед вводом в поток химически активную среду подогревают отработавшими газами, 1749502

«во!„

L 4uav

08

0,+

0,2

О

0 . ф Вд !,7 k,5 g0 q $98@)(@ )was

Фиг. 2

Составитеаь И. Кутые

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентая Корректор А.Освупеико

Заказ 2677 Тираж -: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!б

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 161