Способ выделения влаги и твердых частиц из продуктов сгорания и устройство для его реализации в поршневом двигателе внутреннего сгорания

 

Устройство совмещено с выпускным газопроводом, содержит сажеотделитель с осевым завихрителем, первый охладитель с осевым завихрителем, распылителем(ями) воды и поверхностным теплообменником, первый сепаратор с осевым или шнековым завихрителем. Для увеличения абсорбции вредных выбросов, повышения температуры конденсации водяных паров, снижения скорости движения газов в выпускном газопроводе и уменьшения размеров вышеуказанных устройств повышают давление газов перед ними газовым нагнетателем, который приводится паровой турбиной, или электродвигателем, или поршневым двигателем. Для использования энергии выпускных газов за первым сепаратором установлен турбодетандер, который приводит воздушный компрессор или электрогенератор. К отводящему газопроводу этого турбодетандера подключен второй сепаратор с осевым или шнековым завихрителем. Этот сепаратор соединен со вторым охладителем, содержащим поверхностный теплообменник. Сажа отделяется в сажеотделителе и подается на сжигание в камеру сгорания по трубопроводу. Абсорбцию окислов азота, серы и углерода производят в первом сепараторе при снижении температуры газов и повышении их давления, при этом выделенную горячую воду подают в горячую часть аккумулятора воды. Во втором сепараторе осуществляют не только абсорбцию окислов азота, серы и углерода водой, но и конденсацию тяжелых углеводородов благодаря значительному снижению температуры газов в турбодетандере перед этим сепаратором. При этом выделенную холодную воду сливают в холодную часть аккумулятора воды. Для получения холодного теплоносителя охлаждают воду в этой части аккумулятора ее циркуляцией через поверхностный теплообменник второго охладителя. Охлаждение воды осуществляют холодными продуктами сгорания в этом теплообменнике. Снижение шума выпускных газов производят не только уменьшением скорости движения газов благодаря их охлаждению, но и при переходе их из сажеотделителя в первые и вторые охладители и сепараторы, представляющие собой резонансные камеры. Слоистые пакеты из витых сеток в сепараторах со шнековыми завихрителями периодически очищаются от загрязнений как в ручную, так и автоматически. Устройство имеет простую конструкцию, работает надежно при любых нагрузках и позволяет экологически чисто очистить продукты сгорания от вредных выбросов. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 3 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Способ выделения влаги и твердых частиц из продуктов сгорания, включающий охлаждение отработавших газов водой, циркулирующей в поверхностном теплообменнике, расположенном в выпускном газопроводе, и снижение при этом их скорости движения и производимого ими шума, распыливание воды в потоке этих газов и превращение при этом образовавшихся капель в пар в закрученном потоке, охлаждение закрученной парогазовой смеси в выпускном газопроводе через стенки наружным воздухом и конденсацию при этом из нее капель воды, а также очищение продуктов сгорания при их контактном взаимодействии с каплями воды, отличающийся тем, что завихряют отработавшие газы осевым завихрителем и очищают их от сажи в сажеотделителе под действием центробежных сил, которую ссыпают в сборную емкость, затем эти газы опять завихряют осевым завихрителем и охлаждают в первом охладителе после сажеотделения распыливанием воды и циркуляцией воды через поверхностный теплообменник, снижая их скорость и производимый ими шум, а также отделяют капли воды от смеси под действием центробежных сил, сливая образовавшуюся воду в сборную емкость, снова завихряют газы осевым или шнековым завихрителем в первом сепараторе после первого охладителя, при этом охлаждают их наружным воздухом через стенки газопровода, отделяют капли воды от этих газов под действием центробежных сил, а выделившуюся воду сливают в сборную емкость.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижают шум, производимый отработавшими газами при их последовательном переходе через резонансные камеры сажеотделителя, первых охладителя и сепаратора.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что подводят газы после первого охладителя по патрубку в шнековый завихритель первого сепаратора, где их завихряют, при этом снижают шум отработавших газов при их переходе через секции шнекового завихрителя, образованные витками шнека, отделяют капли от газов под действием центробежных сил, сливают отсепарированную воду из этих секций в сборную емкость и отводят газы из этого завихрителя через выпускной патрубок.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отделяют капли воды диаметром 5-10 мкм и менее в слоеных пакетах из витых сеток первого сепаратора, установленных между витками шнекового завихрителя и внутренним и наружным цилиндрами, при этом вода стекает из стенок под действием сил инерции газовых потоков в объем внутреннего цилиндра, отводят из этого цилиндра воду и газы через водяной и газовый патрубки соответственно.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что предотвращают унос воды, стекающей из витых сеток первого сепаратора, направлением газового потока, проходящего через слоеные пакеты, на стенку внутреннего цилиндра отражателем, при этом капли под действием сил инерции оседают на стенки этого цилиндра и стекают вниз на его дно, откуда конденсат отводят через водяной патрубок, а газы разворачивают на 180° вокруг этого отражателя, движут вдоль внутреннего цилиндра и отводят их через газовый патрубок.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что предотвращают вторичный унос воды со дна внутреннего цилиндра первого сепаратора движением газового потока между отражателем и стабилизатором жидкости, установленным горизонтально над уровнем конденсата.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что регулируют степень очистки продуктов сгорания от капель воды подбором количества слоев сеток в пакетах и расстояния между сетками, а также изменением диаметра проволоки и размера ячеек этих сеток.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что направляют сажу из сборной емкости сажеотделителя во впускной патрубок первого цилиндра по трубопроводу через электромагнитное запорное устройство, открывающееся на период впуска воздуха или смеси в этот цилиндр, затем сажу собирают в камере сгорания при такте сжатия и сжигают ее там вместе с топливом.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают воду для охлаждения газов в распылитель(и) и поверхностный теплообменник первого охладителя из холодной части аккумулятора воды по водопроводам, на которых установлены регуляторы температуры газов за поверхностным теплообменником, при этом снижают температуру газов до температуры конденсации водяных паров за этим теплообменником сначала регулятором, повышающим подачу воды в поверхностный теплообменник до достижения этой температуры, если она не достигается при максимальной подаче воды, то подают воду в распылители и повышают ее подачу до достижения температуры газов, равной температуре конденсации водяных паров, при снижении температуры газов ниже температуры конденсации водяных паров ее повышают в обратной последовательности уменьшением подачи воды в распылитель(и) до ее прекращения, а затем снижением подачи теплоносителя в поверхностный теплообменник тоже до ее прекращения.

10. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сливают воду из сборных емкостей первых охладителя и сепаратора в горячую часть аккумулятора воды по водопроводам.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что уменьшают размеры выпускного газопровода, сажеотделителя и первых охладителя и сепаратора, повышают температуру конденсации водяных паров, увеличивают абсорбцию окислов азота, серы и углерода повышением давления газов нагнетателем в сажеотделителе, первых охладителе и сепараторе, снижают это давление и температуру газов за ними в турбодетандере, при этом нагнетатель приводят паровой турбиной, или электродвигателем, или поршневым двигателем, а этот турбодетандер приводит электрогенератор или воздушный компрессор, который подает воздух во впускной коллектор поршневого двигателя.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что отделяют холодную воду, окислы азота, серы и углерода, а также тяжелые углеводороды от холодных газов после прохождения ими турбодетандера во втором сепараторе со шнековым или осевым завихрителем, при этом воду сливают из этого сепаратора в холодную часть аккумулятора воды.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что направляют в холодные продукты сгорания после второго сепаратора со шнековым или осевым завихрителем во второй охладитель, где их завихряют осевым завихрителем и ими охлаждают в поверхностном теплообменнике холодную воду, циркулирующую через этот теплообменник и холодную часть аккумулятора воды.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что повышают температуру газов за поверхностным теплообменником во втором охладителе, если их температура опускается ниже 0°С увеличением температуры газов в первом охладителе, для этого подают горячую воду из аккумулятора под давлением газов в поверхностный теплообменник первого охладителя, при этом регулируют количество подаваемой воды в этот теплообменник по температуре газов за вторым охладителем, превышающим 0°С, при этом если температура газов за теплообменником первого охладителя начинает превышать температуру конденсации водяных паров, то подачу горячей воды в теплообменник первого охладителя отключают и включают подачу холодной воды в этот теплообменник.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что регулируют давление газов в сажеотделителе, первых охладителе и сепараторе изменениями проходного сечения направляющего соплового аппарата турбодетандера и подачи пара в паровую турбину или подводимой мощности от электродвигателя или поршневого двигателя, приводящего(ую) нагнетатель.

16. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что снимают и очищают вручную от загрязнений паром или водой слоеные пакеты из витых сеток в первом и втором сепараторах, а затем устанавливают их обратно в связи гнезда.

17. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что очищают периодически автоматически от загрязнений слоеные пакеты из витых сеток в первом и во втором охладителях струями воды, направленными на них из щелевых форсунок.

18. Устройство выделения влаги и твердых частиц из продуктов сгорания в поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащее в выпускном газопроводе поверхностный теплообменник для охлаждения газов и снижения шума, распылитель для образования капель, завихрители для организации вращательного движения газов, отличающееся тем, что содержит сажеотделитель за выпускным коллектором, совмещенный с участком выпускного газопровода, в начале которого установлен осевой завихритель, а в конце диафрагма, при этом этот участок газопровода сообщается через отверстия со сборной емкостью для сажи, а пространство между диафрагмой и осевым завихрителем образует резонансную камеру.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит первый охладитель в выпускном газопроводе за сажеотделителем, совмещенный с участком выпускного газопровода, в начале которого располагается осевой завихритель, а в конце - диафрагма, между ними - распылитель(и) за осевым захвирителем и поверхностный теплообменник перед диафрагмой, при этом этот участок газопровода сообщается через отверстия со сборной емкостью для воды, а пространство между диафрагмой и осевым завихрителем образует резонансную камеру.

20. Устройство по п.18 или 19, отличающееся тем, что содержит первый сепаратор в выпускном газопроводе за первым охладителем, совмещенный с участком выпускного газопровода, в начале которого располагается осевой захвиритель, а в конце диафрагма, при этом этот газопровод сообщается через отверстия со сборной емкостью для воды, а пространство между диафрагмой и осевым захвирителем образует резонансную камеру.

21. Устройство по п.18 или 19, отличающееся тем, что содержит первый сепаратор в выпускном газопроводе за первым охладителем с наружным и внутренним цилиндрами, подводящими и отводящими газовыми трубками на наружном цилиндре и со шнековым завихрителем между этими цилиндрами, между витками которого образованы секции шнека, которые образуют резонансные камеры, сообщающиеся через отверстия в наружном цилиндре со сборной емкостью для воды.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что содержит слоеные пакеты из витых сеток, установленные между витками шнека, нижние концы которых входят во внутренний цилиндр, а верхние концы соединены с цилиндрическим сегментом, прикрепленным к наружному цилиндру крепежными деталями, при этом одна торцовая стенка внутреннего цилиндра глухая, а другая содержит водяной и газовый патрубки для отвода воды и газов соответственно.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что содержит пакеты с различными количествами слоев сеток в них и расстоянием между ними, диаметром проволоки и размером ячеек в сетках для каждого типа двигателя индивидуально, в зависимости от требуемой степени улавливаемости капель, скорости движения газов в выпускном газопроводе и изменения удельного эффективного расхода топлива.

24. Устройство по любому из пп.21-23, отличающееся тем, что содержит отражатель внутри внутреннего цилиндра первого сепаратора под сетками, который приварен к одной стороне этого цилиндра, а с другой его стороной образует зазор проходным сечением, необходимым для прохода газов, при этом он расположен вдоль внутреннего цилиндра под углом 15 ÷ 30° к горизонтальной плоскости для стекания с него конденсата и уменьшения гидравлического сопротивления для прохода газов.

25. Устройство по любому из пп.21-24, отличающееся тем, что содержит стабилизатор жидкости на дне внутреннего цилиндра первого сепаратора с отверстиями для прохода конденсата, установленный вдоль этого цилиндра в горизонтальной плоскости.

26. Устройство по любому из пп.18-25, отличающееся тем, что проходные сечения сажеотделителя, первых охладителя и сепаратора с осевыми завихрителями или первого сепаратора со шнековым завихрителем больше проходного сечения выпускного газопровода, а их гидравлические сопротивления проходу газов меньше.

27. Устройство по п.18, отличающееся тем, что содержит сборную емкость сажеотделителя, связанную со впускным патрубком первого цилиндра трубопроводом, на котором установлено электромагнитное устройство, соединенное электрической связью с датчиком угла поворота коленчатого вала.

28. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит распылитель(и) в первом охладителе, соединенный(ые) с холодной частью аккумулятора воды водопроводами, на которых установлены подающий насос и регулятор температуры газов за поверхностным теплообменником этого охладителя, связанный с первым логическим устройством электросвязью.

29. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит поверхностный теплообменник первого охладителя, соединенный общим подающим и подводящими водопроводами и общим отводящим и распределительными водопроводами с холодной и горячей частями аккумулятора воды, при этом на общем подающем водопроводе установлен регулятор температуры газов за этим теплообменником, связанный с первым логическим устройством, на отводящих и распределительных водопроводах холодной и горячей воды установлены электромагнитные запорные устройства, связанные электросвязями со вторым логическим устройством, на подводящем водопроводе холодной воды расположен подающий насос.

30. Устройство по любому из пп.19-21, отличающееся тем, что содержит сборные емкости для воды первых охладителя и сепаратора, соединенные с горячей частью аккумулятора воды водопроводами.

31. Устройство по любому из пп.18-30, отличающееся тем, что содержит газовый нагнетатель между выпускным коллектором и сажеотделителем, соединенный механической или гидравлической связью с паровой турбиной или электродвигателем или поршневым двигателем, а также турбодетандер за первым сепаратором, который связан механической или гидравлической связью с электрогенератором или компрессором, соединенным воздухопроводом с впускным коллектором.

32. Устройство по п.31, отличающееся тем, что содержит второй сепаратор после турбодетандера со шнековым или осевым завихрителем, сборная емкость которого для содержания воды соединена водопроводом с холодной частью аккумулятора воды.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что содержит второй охладитель после второго сепаратора с установленным в нем поверхностным теплообменником, который подключен к холодной части аккумулятора воды подводящим и отводящим водопроводами.

34. Устройство по п.29, отличающееся тем, что содержит второе логическое устройство, соединенное электросвязями с датчиками температуры газов за поверхностными теплообменниками первого и второго охладителей, для регулирования температуры газов за поверхностным теплообменником второго охладителя выше 0°С.

35. Устройство по п.22 или 32, отличающееся тем, что содержит щелевые форсунки в первом и во втором сепараторах со шнековыми завихрителями, установленными напротив слоеных пакетов из витых сеток, соединенные с холодной частью аккумулятора воды водопроводами, на которых установлены электромагнитные запорные устройства, соединенные электрическими связями с третьим логическим устройством.

36. Устройство по любому из пп.18-35, отличающееся тем, что размеры и параметры нагнетателя и турбодетандера, а также величины теплообменных поверхностей теплообменников в первом и во втором охладителях такие, что они обеспечивают на всех режимах работы двигателя необходимую температуру конденсации водяных паров за теплообменником первого охладителя и температуру газов выше 0°С за теплообменником второго охладителя при их регулировании подачами холодной и горячей воды из аккумуляторов посредством электромагнитных запорных устройств и второго логического устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24