PL207331B1 - Instalacja do oczyszczania spalin i sposób oczyszczania spalin - Google Patents

Abstract

W instalacji do oczyszczania spalin silników spalinowych zawierającej filtry, jednym z filtrów jest układ filtrujący (122 i 132) wychwytujący sadzę i zanieczyszczenia stałe, które usuwa się cyklicznie w wybranej gałęzi za pomocą urządzeń (115 i 116) do usuwania sadzy, przy działających innych gałęziach. Usuwanie sadzy i większych zanieczyszczeń może odbywać się przez spalanie sadzy, przykładowo używając palnika (115 i 116). Mieszanina gazów powstała podczas spalania sadzy jest odprowadzana z przestrzeni otaczającej zespół filtrów (122 i 132) gałęziami (161 i 181), zamykanymi zaworami, odpowiednio (162 i 182), przy czym możliwe jest wspomaganie spalania przez doprowadzenie powietrza lub innej mieszanki łatwopalnej przez urządzenia dozujące (155 i 156).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do oczyszczania spalin i sposób oczyszczania spalin, zwłaszcza silników spalinowych napędzanych olejem napędowym i paliwami zawierającymi olej rzepakowy i olej zwierzęcy.

Silniki Diesla, dla których paliwem może być olej napędowy, olej rzepakowy i olej zwierzęcy, a także ich mieszaniny cieszą się obecnie dobrą opinią przede wszystkim ze względu na niską emisję dwutlenku węgla i substancji szkodliwych dla środowiska. Należy spodziewać się, że w najbliższej przyszłości, obecnie obowiązujące normy będą podwyższone, tym samym nieodzowne stanie się bardziej skuteczne oczyszczanie spalin, dzięki filtrom cząsteczek i ewentualnemu, dodatkowemu katalizatorowi DeNOx. Obecnie stosowane katalizatory DeNOx do samochodów osobowych to katalizatory zbiornikowe, regenerujące się przy krótkotrwałej pracy na bogatszej mieszance. Jednak przepustowość takich katalizatorów jest niewielka, a gdy paliwo jest zasiarczone, przestają one działać. Obecne katalizatory nie są również przystosowane do oczyszczania spalin z dużą zawartością sadzy.

Wspomnianych wad prawie w ogóle nie posiada wysoko sprawna i o dużej przepustowości instalacja do oczyszczania spalin, zawierająca układ filtrujący wychwytujący sadzę i zanieczyszczenia stałe, reaktor katalityczny i filtr wychwytujący pył i drobne zanieczyszczenia, przez które są przepuszczane spaliny silników spalinowych. Instalacja do takiego oczyszczania spalin została przedstawiona w zgł oszeniu wynalazku nr P 369701 pod tytuł em „Instalacja do oczyszczania spalin silników spalinowych i sposób oczyszczania spalin silników spalinowych”. Instalacja do oczyszczania spalin przedstawiona we wspomnianym opisie wynalazku, była wyposażona w filtr ceramiczny o strukturze porowatej wychwytujący sadzę i zanieczyszczenia stałe, za którym był umieszczony filtr ceramiczny z wsadem chemicznie aktywnym wychwytujący związki chemiczne. W jednym z rozwiązań instalacji według wynalazku przedstawionego w tym zgłoszeniu, wsadem chemicznie aktywnym był tlenek wapnia CaO.

Celem wynalazku jest stworzenie instalacji do oczyszczania spalin o wysokim natężeniu przepływu spalin, a także metody oczyszczania spalin zawierających zanieczyszczenia stałe, sadzę, lotne związku organiczne, tlenki azotu i węgla oraz fosforu, która byłaby bardziej skuteczna od obecnie znanych metod, i która ponadto umożliwiałaby spełnienie, przewidzianych normami w najbliższych latach, podwyższonych standardów ochrony środowiska naturalnego.

Istotą wynalazku jest to, iż w instalacji do oczyszczania spalin, zawierającej na wlocie do instalacji oczyszczania spalin, co najmniej jeden filtr wychwytujący sadzę i co najmniej jeden filtr wychwytujący pył i drobne zanieczyszczenia, w sąsiedztwie, których jest usytuowany palnik gazowy wypalający sadzę, wibrator do oczyszczania, co najmniej jednego z filtrów wychwytujących sadzę, pył i drobne zanieczyszczenia i co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do oczyszczania filtra, palnikiem gazowym jest palnik gazowy wypalający sadzę w temperaturze od 850°C do 1000°C zaś wibrator jest połączony z obudową filtra ramą wibracyjną a dodatkowym urządzeniem do oczyszczania filtra wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia stałe jest kolektor wody wytwarzający strumień wody pod ciśnieniem od 0.8 MPa do 1.2 MPa i spłukujący sadzę i zanieczyszczenia stałe, z co najmniej jednego filtra wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia stałe i/lub co najmniej jednego filtra wychwytującego pył i drobne zanieczyszczenia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy pierwszego wariantu instalacji oczyszczania spalin i fig. 2 przedstawia schemat blokowy drugiego wariantu instalacji oczyszczania spalin.

Na wejściu do instalacji do oczyszczania spalin, pokazanej na fig. 1 znajduje się zawór klapowy wlotowy 114, który rozdziela spaliny 113 do poszczególnych gałęzi 121, 131 instalacji do oczyszczania spalin, które są doprowadzane do komór wielofunkcyjnych filtrów 170, 171 odgrodzonych od siebie przegrodą lub przeponą 173. Na wejściu każdego filtra wielofunkcyjnego 170, 171 znajduje się zespół filtrów 122, 132 o różnej wielkości oczek lub różnej wielkości granulek wypełniających zespół filtrów, na którym osadza się głównie węgiel w postaci sadzy i większe zanieczyszczenia stałe. Osadzający się węgiel cząsteczkowy z czasem zapełnia oczka lub pory zespołu filtrów 122, 132, co prowadzi do zmniejszenia przepustowości zespołu filtrów. Aby uniknąć zatkania zespołu filtrów, sadze usuwa się cyklicznie w wybranej gałęzi za pomocą urządzeń 115, 116 do usuwania sadzy, przy działających innych gałęziach. Usuwanie sadzy i większych zanieczyszczeń może odbywać się przez spalanie sadzy, przykładowo używając palnika. Mieszanina gazów powstała podczas spalania sadzy jest odprowadzana z przestrzeni otaczającej zespół filtrów 122, 132 gałęziami 161, 181, zamykanymi zaworami,

PL 207 331 B1 odpowiednio 162, 182, przy czym możliwe jest wspomaganie spalania przez doprowadzenie powietrza lub innej mieszanki łatwopalnej przez urządzenia dozujące 155, 156.

Kolejnym filtrem jest filtr 123, 133, przykładowo ceramiczny, z wypełniaczem aktywnym chemicznie, którym między innymi jest tlenek wapnia CaO, zwany potocznie wapnem palonym. Filtr 123, 133, którego wypełniaczem jest tlenek wapnia CaO, jest stosowany opcjonalnie i przede wszystkim wtedy, gdy spaliny zawierają fosfor lub jego związki, przykładowo P2O5, lub inne związki, które reagują z wapniem. Wapń zawarty w tlenku wapnia wiąże fosfor zawarty w spalinach, a także odsiarcza spaliny i reaguje z innymi gazowymi składnikami kwaśnymi, jak chloro- czy fluorowodory. Po zmniejszeniu się własności adsorbujących filtra 123, 133 jest on wymieniany na nowy, a wypełniacz w postaci nieszkodliwej substancji może być wykorzystywany na podsypkę dróg. Kolejnym filtrem, idąc od otworu wlotowego, jest filtr 126, 136 dokładnego oczyszczania spalin z pyłów i drobnych zanieczyszczeń, które nie zostały wychwycone przez pierwszy i drugi filtr. Oczyszczone spaliny są kierowane najpierw do linii przesyłowych 151, 152, a następnie przez zawór klapowy wylotowy 153 są kierowane do linii przesyłowej 191, 192 i jako strumień gazów oczyszczonych 193, mogą być kierowane do atmosfery lub poddane następnemu etapowi oczyszczania.

Instalacja do oczyszczania spalin pokazana na fig. 2 różni się tym od instalacji pokazanej na fig. 1, że wielofunkcyjne filtry 270, 271 są ustawione przeciwbieżnie i mają wspólną komorę 288 spalin oczyszczonych. Spaliny 213, doprowadzone do instalacji, są rozdzielone przez zawór klapowy wlotowy 214 do gałęzi 221,331 instalacji do oczyszczania spalin. Na wejściu każdego filtra wielofunkcyjnego 270, 271 znajduje się zespół filtrów 222, 232 o różnej gradacji lub wielkości oczek lub różnej wielkości granulek wypełniających zespół filtrów, na którym osadza się głównie węgiel w postaci sadzy i większe zanieczyszczenia stałe. Usuwanie sadzy i większych zanieczyszczeń odbywa się najczęściej przez wypalanie sadzy, przykładowo płomieniem palnika gazowego 215, 216 przy temperaturze od 850°C do 1000°C, a następnie przez wstrząśnięcie ram wibracyjnych 248, 247 uruchamianych wibratorami 217, 218 połączonych z obudowami filtra, odpowiednio 220, 230. Możliwe jest wspomaganie spalania przez doprowadzenie powietrza lub innej mieszanki łatwopalnej przez urządzenia dozujące 255, 256. Sadza i inne zanieczyszczenia, które pozostały na zespole filtra 222, 232 są następnie usuwane za pomocą kolektorów wody 211, 212 wytwarzających strumień wody o ciśnieniu od 0,8 MPa do 1,2 MPa. Szlam 239 z mycia filtra, gromadzący się w komorze znajdującej się dolnej części obudowy filtra, która jest integralną lub oddzielną częścią filtra, po otwarciu zasuwy 238 jest przepompowywany za pomocą pompy 229 na, zewnątrz jako odpad 228. Woda do spłukiwania sadzy jest dostarczana za pomocą pompy wodnej 226, rurami 227, przez zawory 286, 287 i kolektory wody 211,212. Gazy powstałe podczas wypalania sadzy i zanieczyszczeń stałych, w tym spaliny 253, 254 z palnika, są kierowane liniami przesyłowymi 261, 281, które są otwierane i zamykane za pomocą zaworów odcinających, odpowiednio 263, 283. Spaliny 253, 254 mogą być również doprowadzane na wejście innego zespołu filtrów, znajdujących się w aktywnej gałęzi.

Kolejnym filtrem jest filtr 223, 233, przykładowo ceramiczny, którego wypełniaczem jest tlenek wapnia CaO, zwany potocznie wapnem palonym. Filtr 223, 233, którego wypełniaczem jest tlenek wapnia CaO, jest stosowany opcjonalnie i przede wszystkim wtedy, gdy spaliny zawierają fosfor lub inne związki, które reagują z wapniem. Wapń zawarty w tlenku wapnia wiąże fosfor zawarty w spalinach, a także odsiarcza spaliny i reaguje z innymi gazowymi składnikami kwaśnymi, jak chloro- czy fluorowodory. Po zmniejszeniu się własności adsorbujących filtra 223, 233 jest on wymieniany na nowy, a wypełniacz w postaci nieszkodliwej substancji może być wykorzystywany na podsypkę dróg.

Następnym filtrem, idąc od otworu wlotowego, jest filtr 226, 236 dokładnego oczyszczania spalin z pyłów i drobnych zanieczyszczeń, które nie zostały wychwycone przez pierwszy i drugi filtr. Oczyszczone spaliny są kierowane najpierw do komory 288, w której gromadzą się oczyszczone spaliny, skąd przez zawór klapowy wylotowy 294 są kierowane, jako strumień gazów oczyszczonych 293 do atmosfery lub poddane następnemu etapowi oczyszczania.

Proces oczyszczania spalin polega na wytrąceniu ze spalin węgla cząsteczkowego i zanieczyszczeń stałych. Osadzoną sadzę i zanieczyszczenia stałe wypala się następnie płomieniem palnika gazowego 215, 216 przy temperaturze od 850°C do 1000°C, a niedopały usuwa się przez wstrząśnięcie ram wibracyjnych 247, 248 połączonych z obudową filtra, po czym układ filtrujący 222, 232 spłukuje się za pomocą kolektorów wody 211, 212 wytwarzających strumień wody o ciśnieniu od 0,8 MPa do 1,2 MPa.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Instalacja do oczyszczania spalin, zawierająca na wlocie do instalacji oczyszczania spalin, co najmniej jeden filtr wychwytujący sadzę i co najmniej jeden filtr wychwytujący pył i drobne zanieczyszczenia, w sąsiedztwie, których jest usytuowany palnik gazowy wypalający sadzę, wibrator do oczyszczania, co najmniej jednego z filtrów wychwytujących sadzę, pył i drobne zanieczyszczenia i co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do oczyszczania filtra, znamienna tym, że palnikiem gazowym jest palnik gazowy wypalający sadzę w temperaturze od 850°C do 1000°C zaś wibrator (217, 218) jest połączony z obudową filtra (220, 230) ramą wibracyjną (247, 248) a dodatkowym urządzeniem (217, 218) do oczyszczania filtra (122, 132, 222, 232) wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia stałe jest kolektor wody (211,212) wytwarzający strumień wody pod ciśnieniem od 0.8 MPa do 1,2 MPa i spłukujący sadzę i zanieczyszczenia stałe, z co najmniej jednego filtra (122, 132, 222, 232) wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia stałe i/lub co najmniej jednego filtra (126, 136, 226, 236) wychwytującego pył i drobne zanieczyszczenia.
2. 2. Instalacja do oczyszczania spalin według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy filtrem (122, 132, 222, 232) wychwytującym sadzę i zanieczyszczenia stałe, i filtrem (126, 136, 226, 236) wychwytującym pył i drobne zanieczyszczenia jest umieszczony filtr (123, 133) z wypełniaczem aktywnym chemicznie.
3. 3. Instalacja do oczyszczania spalin według zastrz. 1, znamienna tym, że przestrzeń otaczająca filtr (122, 132, 222, 232) jest połączona linią przesyłową z wylotem filtra (126, 136, 226, 236) wychwytującego pył i drobne zanieczyszczenia, która służy do odprowadzania gazów powstałych podczas wypalania sadzy i zanieczyszczeń stałych.
4. 4. Instalacja do oczyszczania spalin według zastrz. 1, znamienna tym, że przestrzeń otaczająca filtr (122, 132, 222, 232), z którego są usuwane sadze jest połączona linią przesyłową z wejściem filtra (122, 132, 222, 232) wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia, który jest aktywny.
5. 5. Instalacja do oczyszczania spalin według zastrz. 1, znamienna tym, że poniżej filtra (122, 132, 222, 232) wychwytującego sadzę i zanieczyszczenia stałe znajduje się komora do zbierania szlamu (239) spływającego z filtra (122, 132, 222, 232) podczas jego mycia.
6. 6. Sposób oczyszczania spalin polegający na doprowadzeniu spalin do układu filtrującego, w którym wychwytuje się sadzę i zanieczyszczenia stałe, które wypala się za pomocą palnika gazowego, znamienny tym, że osadzoną sadzę i zanieczyszczenia stałe wypala się płomieniem palnika gazowego przy temperaturze od 850°C do 1000°C, a niedopały w postaci sadzy i zanieczyszczeń stałych usuwa się przez wstrząśnięcie ram wibracyjnych połączonych z obudową filtra, po czym układ filtrujący spłukuje się za pomocą kolektorów wody wytwarzających strumień wody o ciśnieniu od 0,8 MPa do 1,2 MPa.