RU2465471C2

RU2465471C2 - Complex muffler-cleaner of exhaust gases

Info

Publication number: RU2465471C2
Application number: RU2010143013/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-10-27
Also published as: RU2010143013A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: complex muffler-cleaner of exhaust gases includes housing equipped with diffuser and confuser with inlet and outlet branch pipes, detachable cover plate, filtering insert consisting of flat, zigzag-shaped and cone-shaped perforated casings connected to each other so that a cavity is formed between themselves and inner surface of housing, diffuser, confuser and detachable cover plate; at that, vertical zigzag-shaped containers with perforated walls are installed between flat perforated casings of the cover plate and bottom of the housing so that they are in contact with them and parallel to movement of exhaust gases and form zigzag-shaped gas channels between each other, and the above cavity and zigzag-shaped containers are filled with granules of slag pumice stone made from metallurgical slags with basicity factor of M>1 and diameter of granules of 5 to 10 mm.

EFFECT: higher efficiency of complex muffler-cleaner of exhaust gases.

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и, в частности, к устройствам для шумоглушения и очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.The present invention relates to mechanical engineering, namely to engine building and, in particular, to devices for sound attenuation and exhaust gas purification of internal combustion engines.

Известен пластинчатый глушитель шума, содержащий корпус, снабженный съемной крышкой и звукопоглощающими пластинами, состоящими из звукопоглотителей и боковых стенок, выполненных из сетки [А.с. СССР №1321857, МКл. F01N 7/18, 1/24, 1987].Known plate silencer containing a housing provided with a removable cover and sound-absorbing plates, consisting of sound absorbers and side walls made of mesh [A.S. USSR No. 1321857, MKL. F01N 7/18, 1/24, 1987].

Основным недостатком известного устройства является невозможность очистки выхлопных газов от вредных компонентов, что снижает экологическую эффективность его работы.The main disadvantage of the known device is the inability to clean exhaust gases from harmful components, which reduces the environmental efficiency of its work.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, которое одновременно выполняет функцию шумоглушителя, содержащее корпус с входным и выпускным патрубками и фильтрующей вставкой, состоящей из перфорированных пластин, между которыми помещены, разделенные сетчатыми элементами, слои металлической путанки и активированного угля [А.с. СССР №1705602, МКл. F01N 3/08, 1992].Closer in technical essence to the present invention is a device for treating exhaust gases of an internal combustion engine, which simultaneously performs the function of a muffler, comprising a housing with inlet and outlet pipes and a filter insert consisting of perforated plates, between which are placed, separated by mesh elements, metal layers prostitutes and activated carbon [A.S. USSR No. 1705602, MKl. F01N 3/08, 1992].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность очистки отработавших газов от оксидов азота и оксидов серы, которые не сорбируются активированным углем, его низкая механическая прочность и невозможность регенерации, что уменьшает срок эксплуатации известного устройства и снижает эффективность его работы.The main disadvantages of the known device are the inability to clean the exhaust gases from nitrogen oxides and sulfur oxides that are not adsorbed by activated carbon, its low mechanical strength and the inability to regenerate, which reduces the life of the known device and reduces its efficiency.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности комплексного глушителя-очистителя отработавших газов.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase the efficiency of an integrated exhaust muffler-cleaner.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый комплексный глушитель-очиститель отработавших газов включает корпус, снабженный диффузором и конфузором с входным и выпускным патрубками, съемной крышкой, фильтрующей вставкой, состоящей из плоских, зигзагообразных и конусных перфорированных кожухов, соединенных между собой с образованием между ними и внутренней поверхностью корпуса, диффузора, конфузора и съемной крышки полости, при этом между плоскими перфорированными кожухами крышки и днища корпуса установлены, соприкасаясь с ними и параллельно движению отработавших газов, вертикальные зигзагообразные контейнеры с перфорированными стенками, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы, а вышеуказанные полость и зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами шлаковой пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм.The technical result is achieved by the fact that the proposed exhaust silencer-purifier includes a housing equipped with a diffuser and a confuser with inlet and outlet nozzles, a removable cover, a filter insert consisting of flat, zigzag and conical perforated casings interconnected to form between them and the inner surface of the housing, the diffuser, the confuser and the removable lid of the cavity, while between the flat perforated casings of the lid and the bottom of the housing are installed in contact with them and parallel to the movement of exhaust gases, vertical zigzag containers with perforated walls, forming zigzag gas channels between themselves, and the above cavity and zigzag containers are filled with slag pumice granules made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид комплексного глушителя-очистителя отработавших газов (КГООГ), на фиг.2, 4 - разрез, на фиг.3 - узел А (компоновка КГООГ и устройство контейнеров).The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of a comprehensive muffler-cleaner of exhaust gases (KGOOG), in Fig.2, 4 is a section, in Fig.3 - node A (layout KGOOG and device containers).

КГООГ содержит корпус 1, снабженный диффузором и конфузором 2 и 3 с входным и выпускным патрубками 4 и 5 соответственно, съемной крышкой 6, фильтрующую вставку, состоящую из плоских 7 и 8, зигзагообразных 9 и 10, конусных 11 и 12 перфорированных кожухов, соответственно, соединенных между собой с образованием между ними и внутренней поверхностью корпуса 1, диффузора 2, конфузора 3 и съемной крышки 6 полости 13, при этом между плоскими перфорированными кожухами 7 и 8 съемной крышки 6 и днища корпуса 1 установлены, соприкасаясь с ними и параллельно движению отработавших газов, вертикальные зигзагообразные контейнеры 14 с перфорированными стенками, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы 15, а полость 13 и зигзагообразные контейнеры 14 заполнены гранулами пемзы 16, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм.KGOOG contains a housing 1, equipped with a diffuser and a confuser 2 and 3 with inlet and outlet pipes 4 and 5, respectively, a removable cover 6, a filter insert consisting of flat 7 and 8, zigzag 9 and 10, conical 11 and 12 perforated casings, respectively, interconnected to form between them and the inner surface of the housing 1, the diffuser 2, the confuser 3 and the removable cover 6 of the cavity 13, while between the flat perforated casings 7 and 8 of the removable cover 6 and the bottom of the housing 1 are installed in contact with them and parallel to the movement of of worked gases, vertical zigzag containers 14 with perforated walls, forming zigzag gas channels 15 between themselves, and the cavity 13 and zigzag containers 14 are filled with pumice granules 16 made of metallurgical slag with a basicity module M> 1 and a granule diameter of 5 to 10 mm.

Предлагаемый КГООГ работает следующим образом. Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания через входной патрубок 4 поступают в диффузор 2, где они частично контактируют с гранулами 16, через отверстия в перфорированном конусном кожухе 11, их скорость резко падает и они равномерно распределяются по зигзагообразным газовым каналам 15, где двигаются также зигзагообразно, что значительно турбулизует их потоки и позволяет проникать через отверстия в стенках вертикальных перфорированных зигзагообразных контейнеров 14, заполненных гранулами 16 шлаковой пемзы диаметром от 5 до 10 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 16 назначен из условий максимального заполнения полости 13 и зигзагообразных контейнеров 14 и стандартной номенклатуры размеров гранул шлаковой пемзы). Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiО₂, Аl₂О₃, МnО) с модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройиздат, 1989, с.423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с.163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам 16 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в отработавших газах (NO_x, SO_x, CO), а высокая пористость их структуры позволяет использовать гранулы 16 шлаковой пемзы в качестве эффективного звукопоглощающего материала [В.Н. Богословский и др. Отопление и вентиляция, Ч.II. - М.: Стройиздат, 1978, с.391]. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы 16 шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и относительно дешевы. Поток отработавших газов, проходя зигзагообразные газовые каналы 15 и многократно попадая на поверхность гранул 16 и вовнутрь их, очищается от вредных примесей (NO_x, SO_x, СО), которые сорбируются на поверхности и внутри гранул 16. Адсорбированные из отработавших газов оксиды азота и серы в порах гранул 16 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента - гранул 16 шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия. - М.: Мир, 1968, с.298], поэтому окисляются кислородом (кислород присутствует в отработавших газах в результате избытка воздуха, подаваемого на сжигание топлива) со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SO₃. Полученные оксиды азота и серы, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды, образующейся в порах гранул 16 в результате капиллярной конденсации паров воды, находящихся в отработавших газах, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и Н₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 16 оседают мелкодисперсные частицы (сажа и пр.), после чего очищенные отработавшие газы из газовых каналов 15 поступают в конфузор 3, где также частично контактируют с гранулами 16 через отверстия в перфорированном конусном кожухе 12 и через выходной патрубок 5 выбрасываются в атмосферу. При этом одновременно с процессом очистки отработавших газов в КГООГ происходит глушение их шума путем поглощения звука высокопористой структурой гранул 16, которые находятся не только в зигзагообразных контейнерах 14, но и покрывают изнутри все стенки корпуса 1 и крышку 6.The proposed CTAG works as follows. The exhaust gases of the internal combustion engine through the inlet pipe 4 enter the diffuser 2, where they partially contact the granules 16, through the holes in the perforated conical casing 11, their speed drops sharply and they are evenly distributed along the zigzag gas channels 15, where they also move in a zigzag shape, which significantly turbulizes their flows and allows them to penetrate through the holes in the walls of vertical perforated zigzag containers 14 filled with granules 16 of slag pumice with a diameter of 5 to 10 mm, made of the main metallurgical slag (the diameter of the granules 16 is assigned from the conditions of maximum filling of the cavity 13 and zigzag containers 14 and the standard range of sizes of granules of slag pumice). Slag pumice made from basic metallurgical slags is a material with a highly porous mechanically strong structure (compressive strength up to 2.7 MPa), consisting of calcium oxide, silicon oxide, aluminum oxide and partially magnesium oxide (CaO, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , MnO) with the basicity modulus M> 1 [Building materials. Directory. Ed. Boldyreva A.S. et al. - M.: Stroyizdat, 1989, p. 423; Domokeev A.K. Construction Materials. - M .: Higher. School, 1989, p.163]. The high basicity modulus gives the granules 16 basic properties that allow sorbing substances with acidic properties on their surface, which include harmful impurities that are present in the exhaust gases (NO _x , SO _x , CO), and the high porosity of their structure allows the use of granules 16 of slag pumice as an effective sound-absorbing material [V.N. Bogoslovsky et al. Heating and ventilation, Part II. - M .: Stroyizdat, 1978, p. 391]. In addition, based on its composition, slag pumice granules 16 are resistant to the corrosive effects of acidic exhaust components, are widely available and relatively cheap. The flow of exhaust gases, passing through the zigzag gas channels 15 and repeatedly reaching the surface of the granules 16 and inside them, is cleaned of harmful impurities (NO _x , SO _x , CO) that are adsorbed on the surface and inside the granules 16. Nitrogen oxides adsorbed from the exhaust gases and sulfur in the pores of granules 16 have increased reactivity due to their interaction with the surface of the adsorbent - granules 16 of slag pumice [Nenitsesku K. General chemistry. - M .: Mir, 1968, p. 298], therefore, they are oxidized by oxygen (oxygen is present in the exhaust gases as a result of excess air supplied to the combustion of fuel) at a rate greater than in the gas phase with the formation of NO ₂ and SO readily soluble in water ₃ . The resulting nitrogen and sulfur oxides, in turn, interact with water particles generated in the pores of granules 16 as a result of capillary condensation of water vapor in the exhaust gases with the formation of the corresponding acids HNO ₃ and H ₂ SO ₄ . In addition, fine particles (soot, etc.) settle on the surface and in the pores of the granules 16, after which the cleaned exhaust gases from the gas channels 15 enter the confuser 3, where they are also partially contacted with the granules 16 through the openings in the perforated conical casing 12 and through the outlet 5 is emitted to the atmosphere. At the same time, along with the exhaust gas purification process in KGOOG, their noise is suppressed by sound absorption by the highly porous structure of granules 16, which are not only in zigzag containers 14, but also cover all the walls of the housing 1 and the cover 6 from the inside.

При падении активности гранул 16 их подвергают регенерации. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности и пор гранул 16 от мелкодисперсных частиц и абсорбированных молекул вредных примесей и осуществляется путем промывки гранул 16 теплой водой (штуцера для подачи воды и ее удаления на фиг.1-3 не показаны).When the activity of the granules 16 decreases, they are subjected to regeneration. The regeneration process consists in cleaning the surface and pores of the granules 16 from fine particles and absorbed molecules of harmful impurities and is carried out by washing the granules 16 with warm water (the nozzles for water supply and its removal are not shown in Figs. 1-3).

Размеры КГООГ, а также суммарный объем гранул 16, число перфорированных зигзагообразных контейнеров 16, их длина, высота и ширина, ширина полости 13 и газовых каналов 15 определяются в зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания, расхода топлива, требуемых степени очистки и потери уровня звуковой мощности отработавших газов.The sizes of KGOOG, as well as the total volume of granules 16, the number of perforated zigzag containers 16, their length, height and width, the width of the cavity 13 and gas channels 15 are determined depending on the power of the internal combustion engine, fuel consumption, the required degree of cleaning and loss of sound power level exhaust gas.

Таким образом, предлагаемый комплексный глушитель-очиститель отработавших газов позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить отработавшие газы от вредных примесей и одновременно снизить до требуемого уровень их звуковой мощности, используя в качестве адсорбента и шумопоглотителя гранулы шлаковой пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности М>1.Thus, the proposed comprehensive silencer-cleaner of exhaust gases allows without the use of expensive and hazardous chemicals to clean exhaust gases from harmful impurities and at the same time reduce their sound power level to the required level using slag pumice granules made from basic metallurgical slag with adsorbent and sound absorbing material. basicity modulus M> 1.

Claims

Комплексный глушитель-очиститель отработавших газов, включающий корпус, снабженный диффузором и конфузором с входным и выпускным патрубками, съемной крышкой, фильтрующей вставкой, отличающийся тем, что фильтрующая вставка состоит из плоских, зигзагообразных и конусных перфорированных кожухов, соединенных между собой с образованием между ними и внутренней поверхностью корпуса, диффузора, конфузора и съемной крышки полости, при этом между плоскими перфорированными кожухами крышки и днища корпуса установлены, соприкасаясь с ними и параллельно движению отработавших газов, вертикальные зигзагообразные контейнеры с перфорированными стенками, образующие между собой зигзагообразные газовые каналы, а вышеуказанные полость и зигзагообразные контейнеры заполнены гранулами шлаковой пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм. Comprehensive exhaust gas muffler, comprising a housing equipped with a diffuser and a confuser with inlet and outlet nozzles, a removable cover, a filter insert, characterized in that the filter insert consists of flat, zigzag and conical perforated casings interconnected to form between them and the inner surface of the housing, the diffuser, the confuser and the removable lid of the cavity, while between the flat perforated casings of the lid and the bottom of the housing are installed, in contact with them and a couple allel movement of exhaust gases, vertical zigzag containers with perforated walls forming a zigzag between the gas passages and said cavity and zigzag containers filled slag pumice granules made from metallurgical slag basicity module M> 1 and pellet diameter of 5 to 10 mm.