Корсаков Владимир Артурович заместитель генерального директора ООО НПО «Центр альтернативных технологий»

Доклад 

на научно-практической конференции 

«Инновационное предпринимательство: от идеи до внедрения»

26 мая 2010 года

Альтернативные 

высокоэффективные технологические решения 

на основе физических эффектов, 

не применявшихся ранее в промышленности

Центр Альтернативных технологий разрабатывает оборудование, принцип работы которого коренным образом отличается от существующих аналогов. На данный момент разработки ведутся по ряду направлений, основными из которых являются: газоочистное оборудование и теплогенераторы нового поколения.

Что же применяется на данный момент для очистки отходящих промышленных газов? Оборудование, которое морально или физически устарело – оно придумано ещё в прошлом веке, а на данный момент лишь модернизируется. В частности, таким оборудованием являются электрофильтры (рис. 1), которые представляют собой сооружения большой металлоёмкости. Капиталовложения в электрофильтры огромны, помимо того они постоянно расходуют большое количество электроэнергии, сложны в эксплуатации и ремонте.

Рис. 1. Электрофильтр

Ещё одним распространённым газоочистным оборудованием являются рукавные фильтры (рис. 2), отличающиеся большим аэродинамическим сопротивлением и необходимостью замены фильтрующих рукавов (рис. 3).

 

Рис. 2. Рукавный фильтр                 Рис. 3. Рукав фильтра     

Вышеперечисленное оборудование решает лишь проблему выброса взвешенных частиц.

Относительно универсальным являются скрубберы (рис. 4) различных исполнений, принцип которых основан на взаимодействии подаваемой среды с жидкостью и очищением её от частиц взвесей в технологическом блоке. В то же время, при применении скрубберов остаётся проблемой постоянный расход специальной жидкости, что резко увеличивает эксплуатационные затраты, особенно ощутимые при больших объёмах очищаемых газов. 

Рис. 4. Скруббер

В свою очередь, газоочистное оборудование НПО «ЦАТ» подразделяется на 2 категории: 

1) системы очистки от взвешенных частиц на базе инерционно-вакуумного аэрофильтра; 

2) системы очистки от газовых компонентов и взвешенных частиц на базе градиентного сепаратора. 

Инерционно-вакуумный аэрофильтр

Инерционно-вакуумный аэрофильтр работает без применения каких-либо фильтрующих материалов с эффективностью до 99 %.

Отличительной особенностью инерционно-вакуумного аэрофильтра является простота эксплуатации за счёт использования аэродинамических эффектов. 

Энергозатраты сводятся к минимуму, т.е. – к работе дымососа, тяги которого достаточно для очистки отходящих промышленных газов.

Принцип работы инерционно-вакуумного аэрофильтра заключается в следующем.

Запылённый поток, проходя через сечение (1) имеет скорость большую чем поток в сечении (2). Но большую скорость имеют и частицы в этом потоке, а, значит, и большую кинетическую энергию, которая позволяет им преодолеть сечение (2) по касательной и устремиться вдоль образующей (Д). Далее, вышедшие струи газа разворачиваются вдоль обтекателя, проходят сквозь входные струи, по сути, через скоростной газовый фильтр. 

При движении газового потока по объёму поворотной камеры, он контактирует с осадительной решёткой в объёме, в котором газ относительно неподвижен. Частицы из скоростного потока переходят в этот объём и осаждаются в бункере. Но осаждаются не все частицы. Часть их идёт на выход из аппарата и здесь, попадая под влияние входной струи, вновь направляются в поворотную камеру аэрофильтра. Получается аэродинамическая ловушка – частицы имеют возможность попасть в поворотную камеру аппарата, но не могут выйти из неё и, в конце концов, полностью осаждаются в бункере. Таким образом, частицы могут войти в канал, а выйти – нет.

Для выходящего из поворотной камеры газа входная струя является фильтром, состоящим из слоев газа (слоев фильтрующего материала).

По мере движения скорость частиц и несущего их потока падает и в области сборной камеры, где градиенты давления в сборной камере и в ловушке выравниваются, образуются условия выпадения частиц в саму камеру. Оставшиеся частицы (незначительная часть) попадают в аэродинамическую ловушку, накапливаются в ней и, за счёт гравитационной силы, в конечном итоге проваливаются в сборную камеру (В). 

При этом расстояние S’–S’’ определяет место выпадения частицы определённого размера. Наблюдение выпадения частиц в сборную камеру подтверждает вышесказанное. Лишь незначительная часть (менее 2-3 %) частиц увлекается потоком и переносит частицы обратно в аэродинамическую ловушку.

По принципу работы лабораторной модели инерционно-вакуумного аэрофильтра создана экспериментально-промышленная установка ИВАФ-15 (рис. 5), работающая по тому же принципу.

Производительность данной установки составляет 15 000 м3/час.

Рис.5. Экспериментально-промышленная установка ИВАФ-15

Градиентный сепаратор

В случаях, когда речь идёт о сверхмалых фракциях и газовых компонентах типа сернистого ангидрида, целесообразно применение градиентного сепаратора (рис. 6).

Рис. 6. Экспериментально-промышленная установка градиентного сепаратора

Физическое явление, заложенное в основу принципа действия градиентного сепаратора, аналогично смерчу, т.е. создание закрученного потока. В природе, при возникновении смерча, закрученный поток наблюдается в виде некоторого хобота, что обусловлено засасыванием пыли в разряженный стержень вращающегося газового объёма. Данное явление в какой-то мере описывает процесс, происходящий в градиентном сепараторе. 

Градиентный сепаратор представляет собой скоростной газодинамический канал, профиль которого специально рассчитывается. 

В канале (рис. 7), за счёт его геометрии, неподвижных завихрителей, а также специальных агрегатов осуществляется интенсивная закрутка газа, что позволяет сохранить ламинарную структуру потока и получить высокие значения градиента статического давления по сечению сепарационного канала.

Рис. 7. Сечение канала градиентного сепаратора

Можно сделать отбор из центра сепарационного канала на инерционно-вакуумный аэрофильтр. Особым преимуществом является то, что в центре твёрдые частицы коагулируются, за счёт чего повышается эффективность улавливания особо мелких фракций.

На периферии создаётся переуплотнение за счёт более высокого давления, где и собираются слоями по принципу ламинарного течения тяжёлые газовые компоненты, такие как сернистый ангидрид. В тоже время, с помощью специальных отводов делается отбор этих газовых компонентов. 

Таким образом, с появлением возможности вывода из основного потока его газовых компонентов и с одновременным выводом любых взвешенных частиц осуществляется очистка отходящих газов практически до степени отсутствия дыма и доводит его до состояния безвредного для дыхания. Причём, разделение газовых компонентов производится в градиентном сепараторе исключительно газодинамическим способом, без применения каких либо катализаторов.  

С помощью градиентного сепаратора возможно:

• Получение и отвод полезного тепла при дополнении градиентного сепаратора теплообменником рубашечного типа.

• Извлечение влаги из атмосферы (на данный момент теоретически). 

Отрасли применения данного оборудования варьируются от пищевой промышленности до ТЭК и нефтихимии.

Рис. 8. Принцип работы газоочистной системы 

на базе градиентного сепаратора и инерционно-вакуумного аэрофильтра

Коллапсационный теплогенератор

Теплогенераторы предназначены для нагрева теплоносителя за счёт использования топлива или электрической энергии. В данном случае речь идёт о получении горячей воды для теплоснабжения или горячего водоснабжения за счёт использования электрической энергии.

Эффективность теплогенератора определяется его кратностью. Под кратностью преобразования энергии понимается отношение количества тепла, выработанное в системе, к количеству электрической энергии, затраченному в системе, т.е.  

k = Qп / Qз

где кратность преобразования энергии может быть существенно больше единицы. 

Существующие теплогенераторы на 1 кВт потраченной электроэнергии выдают порядка 1,5–3,5 кВт тепловой энергии. 

Чем же хорош коллапсационный теплогенератор?

Предназначен он для тех же целей – для подогрева сетевой воды для теплоснабжения или горячего водоснабжения. 

Принцип работы данного теплогенератора основан на эффекте кавитации. В процессе работы коллапсационного теплогенератора кавитационные пузырьки, перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, схлопываются (замыкаются, конденсируются) кумулятивными струйками в точки. В этих точках, а их огромное количество, кумулятивные эффекты приводят к точечному повышению давлений до десятков тысяч атмосфер, с образованием точечных температур в десятки тысяч градусов по  Кельвину. 

Долго время кавитация считалась отрицательным явлением. Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, соприкасающихся с жидкостью, в которой развивается кавитация. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов. Однако по мере изучения данного эффекта нашлось множество полезных методов применения кавитации, в частности, в ультразвуковой очистке устройств и теплогенерации.

В случае коллапсационного теплогенератора во время эксперимента была получена кратность преобразования энергии в пределах 8-10, т.е. на 1 кВт электрической мощности теплогенератор выдал 8-10 кВт тепловой мощности, что уже в разы выше существующих аналогов. На данный момент необходима дальнейшая стабилизация процесса. Поэтому кавитация во многих случаях нежелательна. Например, кавитация вызывает шум, вибрацию и разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т.п., и, соответственно, снижение эффективности работы.

Библиографический список:

1. Процессы и аппараты пылеочистки. Ветошкин А.Г. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005.

2. Влияние разряжения в сборной камере инерционно-вакуумного пылеуловителя на степень улавливания пыли.  Белоглазов В.П., Оришевская Е.В., Корсаков В.А., Досалин Э.Х. Материалы VII Международной научно-технической конференции. Динамика систем, механизмов и машин. – Омск, 2009.

3. Способы очистки отходящих газов, основанные на газодинамических эффектах, не применявшихся ранее в производстве. Белоглазов В.П., Ченцов А.В, Корсаков В.А., Сборник докладов второй Международной конференции «Пылегазоочистка-2009». – Москва, ГК «Измайлово», 2009.

4. Инерционный способ очистки газов от взвешенных частиц на базе инерционно-вакуумного пылеуловителя. Белоглазов В.П., Корсаков В.А., Досалин Э.Х. Материалы Международной научно-практической конференции «Энергосбережение в теплоэлектроэнергетике и теплоэлектротехнологиях». – Омск, 2010.

■

Опубликовано:

Материалы научно-практической конференции

«Инновационное предпринимательство: от идеи до внедрения» 

26 мая 2010 года, г. Омск

Сборник тезисов докладов научно-практической конференции • июнь 2010

---

↑ начало статьи