Устройство для утилизации дымовых газов

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ Изобретение предназначено для утилизации дымовых отходов отопительных печей и химических производств, использующих твердое, жидкое или газообразное топливо. Устройство утилизации дымовых отходов содержит последовательно установленные газозаборник 1 дымовых газов,газовый реактор 2, адиабатический охладитель 3, фильтровентиляционную установку 4. Газовый реактор 2 выполнен в виде металлической емкости с двойными стенками, образующими рубашку 9 охлаждения. Охладитель 3 снабжен двойными стенками, образующими рубашку 12 охлаждения. Полости рубашек 9 и 12 соединены трубопроводами между собой и с полостью теплообменника 14, внутри которого установлены трубопроводы 15 генерации пара, соединенные между собой через паровую турбину 16. На валу турбины 16 установлен генератор 17 электрического тока,выходные обмотки которого соединены с накопителем 18 электрической энергии. Накопитель 18 выполнен емкостного или индуктивного типа и соединен по низковольтному выходу с клеммной коробкой 19 для соединения с внешним и внутренними потребителями электрической энергии,а по высоковольтному - с входом источника 20 накачки. Источник 20 накачки выполнен в виде генератора ЭМВ и/или электрического разрядника с частотой fн накачки, соответствующей одной или нескольким резонансным частотам f0 поглощения электромагнитных волн газовым реагентом,введенным в полость реактора 2.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТВЕРСКОЕ РЕГИОНАЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МЕЖДУНАРОДНОГО СОЮЗА ОБЩЕСТВЕННЫХ ОБЪЕДИНЕНИЙ"МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ АВТОРОВ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ И ИЗОБРЕТЕНИЙ"; ТВЕРСКАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ ОБЩЕСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ Изобретение относится к устройствам переработки производственных и бытовых отходов, конкретно к устройствам утилизации дымовых отходов отопительных печей и химических производств, использующих твердое, жидкое или газообразное топливо. Известно устройство для утилизации дымовых газов (МПК F27D 17/00), содержащее воздухозаборник с патрубком приема дымовых газов и фильтровентиляционную установку (ФВУ) для очистки дымовых газов от сажи, несгоревших частиц топлива, а также отдельных газовых составляющих, типа сероводорода, отнесенных к экологически недопустимым выбросам. Недостатком известного устройства является недостаточная степень утилизации дымовых газов. Это объясняется тем, что 89% дымовых газов составляет двуокись углерода (CO2), основным малозатратным методом утилизации которой на современном этапе развития науки и техники остается "захоронение" путем закачки в подземные хранилища. Задачей изобретения является повышение степени утилизации дымовых газов. Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является лавинное преобразование дымовых газов в плазму, обеспечивающую дожиг дымовых газов. Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что устройство утилизации дымовых отходов, содержащее газозаборник с первым патрубком приема дымовых газов и фильтровентиляционную установку, согласно изобретению дополнительно содержит газовый реактор с жидкостной рубашкой охлаждения, источник накачки газового реагента, адиабатический охладитель плазмы с жидкостной рубашкой охлаждения, теплообменник,паровую турбину, на валу которой установлен генератор электрического тока, выходная обмотка которого соединена через накопитель электрической энергии с входом источника накачки, причем газовый реактор соединен по входу с выходом газозаборника, а по выходу - через адиабатический охладитель с фильтровентиляционной установкой, один выход которой соединен с патрубком отвода твердых фракций, а второй по очищенной газовой фракции - с вторым патрубком воздухозаборника, причем рубашки охлаждения газового реактора и адиабатического охладителя плазмы соединены с контуром нагрева пара теплообменника, паровой выход которого соединен с входом турбины. При этом источник накачки выполнен в виде генератора ЭМВ и/или электрического разрядника с частотой накачки, соответствующей одной или нескольким резонансным частотам поглощения электромагнитных волн газовым реагентом. Фильтровентиляционная установка выполнена в виде центробежного сепаратора и/или набора сменных фильтров с вытяжным вентилятором. Охладитель плазмы выполнен в виде сопла Ловаля или в виде комбинации сопла Ловаля и Маха. На чертеже представлен рисунок, поясняющий конструкцию устройства для утилизации дымовых газов. Устройство утилизации дымовых отходов содержит последовательно установленные газозаборник 1 дымовых газов, газовый реактор 2, адиабатический охладитель 3, фильтровентиляционную установку 4. Газозаборник 1 содержит вентилятор 5, соединенный по входу с первым 6 и вторым 7 патрубками забора первичных и вторичных дымовых газов соответственно, а по выходу - с входным патрубком 8 газового реактора 2. Газовый реактор 2 выполнен в виде металлической емкости с двойными стенками, образующими рубашку 9 охлаждения. Объем внутренней полости (единицы - десятки см 3) и толщина стенок(доли - единицы см) емкости газового реактора 2 выбираются из условия исключения разрыва его стенок при лавинной ионизации газового реагента и снижения затрат энергии на поджиг газового реагента во всем объеме полости реактора. Входной патрубок 8 соединен с внутренней полостью реактора 2 и снабжен обратным клапаном 9. Выходной патрубок 10 газового реактора 2 снабжен управляемым по давлению клапаном 11, соединяющим полость реактора 2 с полостью адиабатического охладителя 3 плазмы. Адиабатический охладитель 3 снабжен двойными стенками, образующими рубашку 12 охлаждения. Внутренняя полость охладителя 5 по отработанному газовому реагенту соединена с входом фильтровентиляционной установкой 4. Установка 4 выполнена в виде центробежного сепаратора и/или набора сменных фильтров с вытяжным вентилятором. Один выход установки 4 по очищенному газовому реагенту соединен с патрубком 7 газозаборника 1, а другой - по шламу и отфильтрованным осадкам через запорную арматуру 13 с внешним баком накопителем (на чертеже не показано). Полости рубашек 9 и 12 соединены трубопроводами между собой и с полостью теплообменника 14, внутри которого установлены трубопроводы 15 генерации пара, соединенные между собой через паровую турбину 16. На валу турбины 16 установлен генератор 17 электрического тока, выходные обмотки которого соединены с накопителем 18 электрической энергии. Накопитель 18 выполнен емкостного или индуктивного типа и соединен по низковольтному выходу с клеммной коробкой 19 для соединения с внешним и внутренними потребителями электрической энергии, а по высоковольтному - с входом источника 20 накачки. Источник 20 накачки выполнен в виде генератора ЭМВ и/или электрического разрядника с частотой fн накачки,соответствующей одной или нескольким резонансным частотам f0 поглощения (JOURNAL OF RESEARCH of the National Bureau of Standards Phusises and Chemistry. Vol. 67A, 3, May-June, 1963; Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Часть 2. Основы электродинамики. Тексты лекций.- М: МГТУ ГА, 2005. 100 с) электромагнитных волн газовым реагентом, введенным в полость реактора 2. Накопитель 18 выполнен с регулируемым периодом Т следования высоковольтных импуль-1 018515 сов напряжением Uв и длительностью t (доли - единицы мкс). Конкретные значения величин Uв t накопителя 18, а также fн накопителя 20 выбираются из условия обеспечения устойчивого горения плазмы,исключения разрыва стенок реактора 2 при лавинной ионизации плазмы и получения максимума тепловой энергии на выходе реактора. Устройство утилизации дымовых отходов работает следующим образом. В исходном состоянии на накопитель 18, вентилятор 5 и ФВУ 4 подается электропитание Uподжига от внешнего источника электрической энергии. При этом вентилятор 5 газозаборника 1 нагнетает дымовые газы внешнего источника, например из дымовой трубы котельной, через приемный патрубок 6 и патрубок 8 в полость газового реактора 2. Одновременно накопитель 8 преобразует входное напряжение Uподжига в высоковольтное импульсное напряжение Uв длительностью t, например доли - единицы мкс, с регулируемым периодом Т следования. Эти импульсы напряжения далее подаются на источник 20 накачки газового реагента, введенного в полость газового реактора 2. Под воздействием высоковольтных импульсов источник 20 генерирует электромагнитное излучение и/или инициирует серию электрических разрядов с общей плотностью энергии не менее 1 Дж/см 3 на одной или нескольких резонансных частотах поглощения газового реагента. В результате резонансного поглощения электрической и электромагнитной энергии источника 18 накачки происходит (энергетически малозатратная) лавинная ионизация газового реагента во всем объеме реактора 2. При этом в изолированном от внешней среды объеме газового реактора происходит плазмохимическая реакция с частичным ядерным распадом атомов (Журнал "Промышленный вестник", 1999,9, стр. 19), при которой процесс ионизации преобладает над процессом релаксации газового реагента,идет распад молекул CO2 на составные атомы, возгорание углерода, переводящее тепловую энергию его горения в дополнительный источник ионизации, и далее полный отрыв всех электронов от их атомов с частичным ядерным распадом атомов. После отрыва всех электронов от атомов в замкнутом пространстве реактора 2 согласно эффекту мгновенного "схлопывания" ядер (US 6936971, G21B 1/00; G21K 1/00; 2003) и образования общего положительного ядра электроны вокруг вновь образованного ядра автоматически оказываются возбужденными (переведенными на высокоэнергетические удаленные от нового положительного ядра электрические орбиты). При переходе электронов из возбужденного состояния на нижние энергетические уровни излучается квантовая энергия, пропорциональная разности энергий электрических орбит переходов электронов образованного "квазиядра". Эта энергия в замкнутом объеме газового реактора 2 преобразуется преимущественно в тепловую энергию, обеспечивающую дожиг газового реагента и нагрев теплоносителя в рубашке 9, и в энергию ударной волны (микровзрывы плазмы). Под действием давления расширяющейся плазмы обратный клапан 10 закрывается, а пороговый клапан 11 открывается. При этом поток плазмы из реактора 2 через клапан 11 переходит в адиабатический охладитель 3 и далее охлажденный переходит в фильтровентиляционную установку (ФВУ) 4. В ФВУ 4 остаточный реагент разделяется на газовую и твердо-жидкостную фракции. Непрореагировавшие газовые фракции вторично возвращаются через патрубок 7 в газозаборник 1, а твердо-жидкостные фракции осаждаются и через запорную арматуру 13 периодически выводятся в бак накопитель для дальнейшей переработки или захоронения. После окончания фазы расширения плазмы в камере реактора 2 начинается обратный процесс ее сжатия. При этом клапан 11 закрывается, а клапан 8 открывается. Через открытый клапан 8 в камеру реактора 2 под действием силы разряжения, вызванной сжатием остаточной плазмы, и с помощью вентилятора 5 подается очередная порция газового реагента и процесс активации и утилизации реагента в реакторе 2 повторяется. Тепловая энергия, выделяющаяся в процессе утилизации, поглощается жидким высокотемпературным теплоносителем, например литием, циркулирующим через рубашку 9 газового реактора 2, рубашку 12 адиабатического охладителя 3 и теплообменник 14. Вскипающая в трубах 15 вода в виде пара подается на лопатки турбины 16, приводя во вращение ее вал. Конденсат пара из холодильника (на чертеже не показано) паровой турбины возвращается в трубы 15 для повторного использования. Механическая энергия вращения вала турбины 16 далее генератором 17 преобразуется в электрическую энергию и передается на накопитель 18 энергии. При выходе накопителя 18 на рабочий режим внешний источник Uподжига отключается и устройство утилизации дымовых газов полностью переходит на электропитание за счет сжигания газового реагента и преобразование его тепловой энергии в электрическую энергию. В результате утилизации дымовые и сопутствующие газы полностью сгорают, образуя твердую фракцию отходов, а энергия сгоревших газов преобразуется в энергию электрического тока. Изобретение разработано на уровне технического предложения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство утилизации дымовых отходов, содержащее газозаборник с первым патрубком приема дымовых газов и фильтровентиляционную установку (ФВУ), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит газовый реактор с жидкостной рубашкой охлаждения, источник накачки газового реагента,адиабатический охладитель плазмы с жидкостной рубашкой охлаждения, теплообменник, паровую турбину, на валу которой установлен генератор электрического тока, выходная обмотка которого соединена через накопитель электрической энергии с входом источника накачки, причем газовый реактор соединен по входу с выходом газозаборника, а по выходу - через адиабатический охладитель с ФВУ, один выход которой соединен с патрубком отвода твердых фракций, а второй по очищенной газовой фракции - с вторым патрубком воздухозаборника, причем рубашки охлаждения газового реактора и адиабатического охладителя плазмы соединены с контуром нагрева пара теплообменника, паровой выход которого соединен с входом турбины. 2. Устройство утилизации по п.1, отличающееся тем, что источник накачки выполнен в виде генератора электромагнитных волн (ЭМВ) и/или электрического разрядника с частотой накачки, соответствующей одной или нескольким резонансным частотам поглощения ЭМВ газовым реагентом. 3. Устройство утилизации по п.1, отличающееся тем, что ФВУ выполнена в виде центробежного сепаратора и/или набора сменных фильтров с вытяжным вентилятором.