Термический нейтрализатор отработавших газов

(51) 01 3/10 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ температурой для обеспечения самовоспламенения и ступеньчатого дожигания остаточных углеводородов эжектора воздуха, снабженного струйными смесителем отработавших газов с воздухом и камерой дожигания остаточных углеводородов, причем работа смесителя под разрежением воздуха и работа камеры дожигания под давлением отработавших газов обеспечиваются перегородкой, установленной между их емкостями,с регулятором расхода воздуха, причем корпус нейтрализатора выполнен в виде кольцевого канала для его теплоизоляции. Техническим результатом предполагаемого изобретения является уменьшение концентраций токсичных углеводородов и оксидов азота в отработавших газах, а также значительное упрощение конструкции термического нейтрализатора отработавших газов, что достигается путем обеспечения восстановительных реакций оксидов азота, ступеньчатого дожигания остаточных углеводородов, исключения системы сжигания дополнительного топлива в нем и повышения термомеханической надежности его работы, что позволяет реализовать его в промышленном масштабе.(72) Темирбаев Дюсембы Жусупович Темирбаев Ербол Дюсембиевич Темирбаев Адиль Дюсембиевич Темирбаев Алан Адильевич(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(54) ТЕРМИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ(57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в устройствах для сжигания топлива и снижения токсичности отработавших газов (ОГ) тепловых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Задача изобретения - создание надежного,промышленно применимого термического нейтрализатора упрощенной конструкции с уменьшенным выбросом токсичных газов в окружающую среду. Эта задача достигается тем, что термический нейтрализатор выполнен в виде установленного во входной части патрубка выходного коллектора отработавших газов с достаточно высокой Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в устройствах для сжигания топлива и снижения токсичности отработавших газов (ОГ) тепловых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Известен пламенный нейтрализатор выхлопных(отработавших) газов, содержащий цилиндрический корпус с завихрителем потока выхлопных газов и эжекционную горелку, завихритель для закрутки газового потока выполнен в виде улитки с двумя цилиндрическими обечайками, где внутренняя обечайка служит для направления, поступающего через торцовые отверстия в стенке улитки атмосферного воздуха, а наружная имеет сужение под углом 45 на выходе для повышения скорости газового потока и смешения его с воздухом, на выходе из горелки установлен отражатель для изменения направления движения выходящих из горелки паров топлива на угол 180, патрубки выходного коллектора выхлопных газов, камеру сгорания с топливной форсункой и кольцевой канал выхлопных газов, установленные на выхлопной трубе (А.с. 213462 СССР, МПК 01 3/08, опубл. 12.03.68, бюлл. 10). Основными недостатками данного нейтрализатора (Аналога) являются сжигание дополнительного топлива наличие устройств по его реализации сложность их конструкций подача отработавших газов из кольцевого канала сплошной пленочной струей под острым углом к потоку продуктов сгорания дополнительного топлива, что не обеспечивает необходимой интенсивности смешения и сжигания остаточных токсичных углеводородов (СО, СН и др.) отработавших газов,причем которые сильно охлаждаются развитой наружной поверхностью кольцевого канала и не поддерживают необходимой высокой температуры для воспламенения и горения углеводородов и восстановительных реакций оксидов азота, причем последние в Аналоге вообще не предусмотрены более того, сжигание дополнительного топлива представляет дополнительный источник таких же токсичных газов и поэтому Аналог не обеспечивает технический результат и не будет промышленно реализован. Наиболее близкой по технической сущности является термический нейтрализатор отработавших газов (ТН ОГ), содержащий корпус с кольцевым каналом для прохода отработавших газов установленную в корпусе камеру сгорания,образованную соосными внутренней цилиндрической и наружной обечайками,подключенную к источнику подачи воздуха и снабженную топливной форсункой причем камера сгорания выполнена с торцовыми заглушками полость между обечайками подключена к источнику подачи воздуха и внутренняя обечайка снабжена по меньшей мере двумя рядами отверстий для сообщения с полостью между обечайками и одним рядом отверстий для сообщения с кольцевым каналом отработавших газов с поперечным сечением, последовательно увеличивающимся по ходу движения газов (Термический нейтрализатор 2 отработавших газов / А.с. 914781 СССР, М. Кл. 01 3/10, опубл. 23.03.82, бюлл. 11). При отмеченных аналогичных недостатках Аналога, Прототип имеет, в отличие от Аналога, то преимущество, что сжигание остаточных токсичных углеводородов в нем организовано на достаточно интенсивных процессах смешения сносимых струй и предусмотрено уменьшение образования оксидов азота путем ступеньчатого сжигания дополнительного топлива, однако, такие недостатки Прототипа, как сжигание дополнительного топлива,сложность конструкции, неучет возможностей восстановительных реакций оксидов азота с рекомбинацией атомарного азота до нейтрального молекулярного азота в отработавших газах не позволяет Прототип промышленно реализовать. Задача изобретения - создание надежного,промышленно применимого термического нейтрализатора упрощенной конструкции с уменьшенным выбросом токсичных газов в окружающую среду. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение концентраций токсичных углеводородов и оксидов азота в отработавших газах, а также значительное упрощение конструкции термического нейтрализатора отработавших газов, что достигается путем обеспечения восстановительных реакций оксидов азота, ступеньчатого дожигания остаточных углеводородов, исключения системы сжигания дополнительного топлива в нем и повышения термомеханической надежности его работы, что позволяет реализовать его в промышленном масштабе. Эта задача достигается тем, что термический нейтрализатор ОГ выполнен в виде установленного во входной части патрубка выходного коллектора отработавших газов с достаточно высокой температурой для обеспечения самовоспламенения и ступеньчатого дожигания остаточных углеводородов эжектора воздуха, снабженного струйными смесителем отработавших газов с воздухом и камерой дожигания остаточных углеводородов, причем работа смесителя под разрежением воздуха и работа камеры дожигания под давлением отработавших газов обеспечиваются перегородкой, установленной между их емкостями,с регулятором расхода воздуха, причем корпус нейтрализатора выполнен в виде кольцевого канала для его теплоизоляции. Технический результат предполагаемого изобретения достигается путем обеспечения восстановительных реакций оксидов азота в отработавших газах и рекомбинацией атомарных азотов до инертного молекулярного азота, и путем обеспечения самовоспламенения и ступеньчатого дожигания остаточных углеводородов, а также путем исключения системы сжигания дополнительного топлива в нем и повышения термомеханической надежности его работы, что позволяет реализовать его в промышленном масштабе. На фигуре показан предлагаемый нейтрализатор,разрез. Термический нейтрализатор отработавших газов, содержит корпус теплового двигателя внутреннего сгорания 1, соединенные с ним патрубок выходного коллектора отработавших газов 2, эжектор воздуха 3, снабженный струйным смесителем 4 и камерой дожигания 5, емкостями воздуха 6 и отработавших газов 7, разделенными перегородкой 8,корпус нейтрализатора,выполненный в виде кольцевого канала 9, и регулятор расхода воздуха 10, установленные во входной части патрубка выходного коллектора ОГ. Термический нейтрализатор работает следующим образом. Отработавших газы содержат преимущественно такие токсичные вещества, как углеводороды (СН и др.), окись углерода СО, а также (30 и более раз, чем СО) еще более токсичные оксиды азота, основную долю (свыше 95 при горении) которых составляет окись азота (О). Их доля в отработавших газах значительна, так как в реальных ДВС отмеченные компоненты топлива в отработавших газах доходят до 45. Так, например, согласно результатам стендового серийного испытания карбюраторного двигателя (Результаты стендового серийного испытания карбюраторного двигателя/ Автомобильная промышленность. 1979. 4. с.4-7 СО 33,3 СН 5,8 О 6,9 г/км) органические составляющие отработавших газов на порядок превышают стехиометрические соотношения их реакций восстановления окиси азота. Следовательно, для одновременного снижения токсичных составляющих ОГ СО, СН, О достаточно в выхлопном тракте отработавших газов выбрать место,отвечающее температурным условиям восстановительных реакций и самовоспламенение углеводородов в камере их дожигания. Таким местом является входная часть патрубка выходного коллектора отработавших газов, где путем установки термического нейтрализатора со струйным смесителем достигается интенсивное смешение отработавших газов с воздухом,обеспечивающее восстановительные реакции нейтрализации и самовоспламенение углеводородов в струйной камере их дожигания. Дополнительно к смесителю установливается камера дожигания 5, так как содержание углеводородов в отработавших газах превышает, как было отмечено, необходимые стехиометрические соотношения для снижения концентрации окиси азота до нуля. Система сжигания дополнительного топлива является дополнительным источником токсичных газов, и значительно усложняет конструкцию нейтрализатора. Поэтому в предполагаемом изобретении вместо температуры продуктов сгорания дополнительного топлива используется достаточная для этого высокая температура отработавших газов во входной части патрубка выходного коллектора отработавших газов,что обеспечивает самовоспламенение и сжигание углеводородов в камере дожигания и позволяет исключить систему сжигания дополнительного топлива и значительно упростить всю конструкцию нейтрализатора. Для теплотехнического расчета нейтрализатора применима методика расчета смесителей камер сгорания ГТД (Методика расчета смесителей камер сгорания ГТД / Г.Я. Бородянский, И.Б. Палатник,Д.Ж. Темирбаев и др. // Энергомашиностроение. 1968. 9. с.10-12), используемая также для расчета эффективных струйных камер сгорания различного назначения. Заметим,что корпус нейтрализатора выполняется в виде кольцевого канала 9 для теплоизоляции воздухом и обеспечения стабильного режима работы ТН ОГ, а регулятор расхода воздуха 10 служит для обеспечения, в основном,стабильного режима работы камеры дожигания. Отметим,что наиболее механически напряженное место нейтрализатора - это самое узкое место эжектора 3. Оно находится под воздействием относительно холодной массы воздуха, поступающего в нейтрализатор из окружающей среды, и поэтому не испытывает большого термического напряжения. Таким образом обеспечивается технический результат предполагаемого изобретения ТН ОГ уменьшение концентраций токсичных углеводородов и оксидов азота в отработавших газах,а также значительное упрощение конструкции, режимная и термомеханическая надежность его работы и поэтому он может реализован в промышленном масштабе. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Термический нейтрализатор отработавших газов,содержащий корпус соединенный с ним патрубок выходного коллектора отработавших газов,отличающийся тем, что он выполнен в виде установленного во входной части патрубка выходного коллектора эжектора воздуха,снабженного струйным смесителем и камерой дожигания, емкостями воздуха и отработавших газов, разделенными перегородкой, с регулятором расхода воздуха, причем корпус нейтрализатора выполнен в виде кольцевого канала.