Способ очистки газов от пыли и электрофильтр для его осуществления

 

Использование: очистка газа от пыли. Способ очистки газов основан на обработке газа в неоднородном знакопеременном электрическом поле с ростом амплитуды вектора напряженности поля в направлении осадительного электрода, создаваемого между коронирующими, дополнительными и осадительными электродами, с изменением вектора скорости поступающего потока газа в сторону осадительного электрода. Электрофильтр для осуществления этого способа содержит коронирующие электроды, выполненные в виде лопаток крылового профиля, систему дополнительных электродов, выполненных в виде металлических пластин, покрытых слоем однородного диэлектрика, также в форме крылового профиля, и осадительные пластинчатые электроды, покрытые слоем диэлектрика. Коронирующие и дополнительные электроды в форме крылового профиля с острой задней кромкой распределены в рабочем объеме электрофильтра с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода в виде решетки профилей. Направление оси симметрии и положение профилей задают по углу установки профиля и углу атаки профиля. Изобретение обеспечивает высокую скорость фильтрации при снижении длины активной зоны электрофильтра и эффективную очистку газов от пыли с повышенным содержанием мелких фракций за счет коагуляции частиц. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрической очистке газов от пыли и может быть применено на предприятиях металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и других производствах, обеспыливание отходящих газов на которых с помощью электрофильтров недостаточно эффективно.

Известен способ удаления дисперсной фазы из газового потока, заключающийся в том, что поток газа, загрязненный аэрозолем, проходит через электрическое поле переменного напряжения, создаваемого между коронирующим электродом и осадительным электродом, покрытым слоем однородного диэлектрика.

Носители зарядов, возникающие в зоне ионизации вблизи острия коронирующего электрода, разгоняются в течение полуволны напряжения в электрическом поле и заряжают частицы дисперсной фазы, которые под действием электрических сил осаждаются на осадительном электроде. В течение следующей полуволны напряжения меняется полярность носителей заряда, но не их направление движения. Частицы пыли перезаряжаются, и осаждение пыли продолжается.

(DE, патент N 2260417, кл. B 03 C 3/00, 1972 г.).

Однако в течение полупериода напряжения не все заряженные частицы, находящиеся в межэлектродном промежутке, достигают осадительного электрода. Эффективность осаждения невелика.

Известен также способ очистки газа в постоянном электрическом поле, при котором в рабочем объеме электрофильтра на частицу пыли дополнительно к электрическим силам воздействуют силой газодинамического давления потока газа, получаемой за счет изменения направления вектора скорости поступающего потока газа в сторону осадительного электрода.

Электрофильтр для осуществления этого способа содержит коронирующие электроды, за которыми размещены защитные элементы, выполненные в виде спаренных интерцепторов с поверхностью по форме вогнутой циклоиды, обращенной к осадительному электроду (SU, авторское свидетельство N 1393483, кл. B 02 C 3/08, 1988 г.).

Однако при постоянном электрическом поле в рабочем объеме электрофильтра между поверхностью интерцепторов и осадительными электродами возникают искровые пробои, а при улавливании высокоомной пыли резко возрастает "вторичный" унос пыли из-за большой скорости потока газа вблизи осадительного электрода.

Задачей, решаемой описываемым изобретением, является повышение эффективности очистки газа от пыли и увеличение скорости фильтрации газа.

Для решения поставленной задачи, согласно способу очистки газа от пыли, включающего обработку газа знакопеременным электрическим полем, направленным поперечно потоку газа и создаваемым между коронирующим электродом и осадительным электродом, покрытым слоем однородного диэлектрика, с изменением направления вектора скорости поступающего потока в сторону осадительного электрода, газ пропускают через неоднородное электрическое поле с ростом амплитуды вектора напряженности поля в направлении осадительного электрода.

Электрофильтр для улавливания пыли по предложенному способу содержит корпус, источник питания, системы пластинчатых осадительных электродов, покрытых слоем однородного диэлектрика, и коронирующих электродов, выполненных в виде лопаток крылового профиля с острой задней кромкой, под которыми установлены дополнительные электроды, выполненные в виде металлических пластин, покрытых слоем однородного диэлектрика также в форме крылового профиля, при этом электроды распределены в рабочем объеме с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода.

Направление трансляционной симметрии для коронирующих и дополнительных электродов крылового профиля задают по углу установки профиля между выбранным направлением и хордой профиля, который выбирают в интервале 0 - 90^o.

Коронирующие и дополнительные электроды крылового профиля расположены под углом атаки между вектором скорости набегающего потока газа и хордой профиля, который выбирают в интервале 0 - 40^o.

На чертеже приведена принципиальная схема реализации способа очистки газа, изображающая также поперечный разрез электрофильтра.

Электрофильтр содержит корпус (на чертеже не показан), размещенную в газоходе систему коронирующих электродов 1, выполненных в виде лопаток крылового профиля с острой задней кромкой 2 и систему дополнительных электродов 3, выполненных в виде металлических пластин, покрытых слоем однородного диэлектрика также в форме крылового профиля с острой задней кромкой 5. Системы электродов распределены в газоходе с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода 6, покрытого диэлектриком 7. Системы электродов электрофильтра образуют в плоскости, проходящей вдоль газового потока перпендикулярно осадительному электроду, плоскую решетку профилей, в которой расположение профилей от дополнительных электродов получается из профилей от коронирующего электрода параллельным переносом на целое число шагов в направлении оси симметрии решетки к осадительному электроду.

Это направление трансляционной симметрии задают по углу установки профилей α между выбранным направлением и хордой профиля. При этом профили располагают под углом атаки β между вектором скорости набегающего потока и хордой профиля.

Выполнение предлагаемого способа осуществляется следующим образом.

Запыленный поток газа пропускают через газоход между распределенными в нем электродами 1, 3 и 6. При подаче высокого переменного напряжения на электроды, на острой задней кромке 2 коронирующего электрода 1 создаются условия для возникновения коронного разряда, а с помощью дополнительных электродов создается неоднородное электрическое поле с ростом амплитуды вектора напряженности в направлении осадительного электрода, обусловленным наклоном электродов к осадительному электроду 6 и распределением их в газоходе с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода.

Обтекание коронирующего электрода пылегазовым потоком улучшает истечение носителей заряда с его острой задней кромки и способствует увеличению плотности объемного заряда в межэлектродном промежутке. Частицы пыли, попадая в область объемного заряда между коронирующим и осадительным электродами, в течение полуволны напряжения приобретают заряды соответствующего знака и под действием электрических сил, возрастающих по величине, движутся к осадительному электроду.

Действие решетки профилей приводит к повороту набегающего потока газа в сторону осадительного электрода. Совместное воздействие газодинамических сил и возрастающих по величине электрических сил неоднородного электрического поля способствует получению ускоренного движения частиц аэрозоля к осадительному электроду с формированием более плотного слоя пыли. Неоднородное электрическое поле с ростом амплитуды вектора напряженности к осадительному электроду способствует быстрому рассасыванию объемного заряда в межэлектродном промежутке, полученного от действия полуволны напряжения.

При изменении полярности электрического поля, на коронирующем электроде возникает корона противоположного знака, и поступающие с потоком газа новые частицы аэрозоля приобретают противоположные знаки, и осаждение частиц продолжается. Частицы аэрозоля не достигшие осадительного электрода в течение полуволны напряжения в пространстве между дополнительными и осадительным электродами эффективно коагулируют. Этому способствует также осаждение пыли и ионов на диэлектрической поверхности дополнительных электродов в различные периоды напряжения.

В силу невысокой адгезии применяемых диэлектрических покрытий (например, фторопласт, стекло), обтекание профилей дополнительных электродов газовым потоком способствует сходу слоя пыли с их поверхности и осаждения ее под действием электрического поля в последующей системе электродов в газоходе.

Оптимальный выбор значений угла установки профиля α и угла атаки β для газового потока с заданными физическими свойствами обеспечивает безотрывное обтекание газом крылового профиля с плавным сходом линий тока с острой задней кромки, что уменьшает унос пыли с осадительного электрода.

Способ осуществляли на следующем примере.

В экспериментальный электрофильтр, содержащий осадительный электрод и системы коронирующих и дополнительных электродов в форме крылового профиля, подводился запыленный газ, содержащий высокоомную золу дымовых газов ТЭС. Покрытие дополнительных и осадительного электродов выполняли из фторопласта. Общая площадь осаждения 2,0 м². Расстояние между электродами: по длине электрофильтра - 0,4 м, вдоль трансляционной оси симметрии - 0,25 м. Длина хорды профиля 0,2 м. Площадь активного сечения электрофильтра - 1,0 м².

В результате опыта получено, что при угле установки профиля α = 30^o, угле атаки β = 35^o и переменном напряжении на электродах - 40 кВ, скорости газового потока на входе в устройство 4 м/сек эффективность улавливания составила 80%, по сравнению с 40%, когда в качестве коронирующих электродов применялись обычные ленто-игольчатые электроды и отсутствовали дополнительные электроды.

Изготовление коронирующих и дополнительных электродов в виде лопаток крылового профиля и распределение их в рабочем объеме с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода способствует увеличению электрического сопротивления рабочего промежутка, снижает газодинамическое сопротивление газовому потоку. Частицы пыли приобретают большую скорость дрейфа, что способствует повышению скорости фильтрации и снижению длины активной зоны электрофильтра. Применение способа обеспечивает эффективную очистку газов от пыли с повышенным содержанием мелких фракций за счет коагуляции частиц в пространстве между дополнительными электродами. Характеристики очистных аппаратов по предложенному способу не имеют недостатков, присущих электрофильтрам с коронирующими электродами на постоянном напряжении (искровые пробои, явление "обратного коронирования").

Формула изобретения

1. Способ очистки газа от пыли, включающий обработку газа знакопеременным электрическим полем, направленным поперечно потоку газа и создаваемым между коронирующим электродом и осадительным электродом, покрытым слоем однородного диэлектрика, с изменением направления вектора скорости поступающего потока газа в сторону осадительного электрода, отличающийся тем, что газ пропускают через неоднородное электрическое поле с ростом амплитуды вектора напряженности поля в направлении осадительного электрода.

2. Электрофильтр для улавливания пыли из газов, содержащий корпус, систему коронирующих электродов и пластинчатых осадительных электродов, покрытых слоем однородного диэлектрика, и источник питания, отличающийся тем, что коронирующие электроды выполнены в виде лопаток крылового профиля с острой задней кромкой, под которыми установлены дополнительные электроды, выполненные в виде металлических пластин, покрытых слоем однородного диэлектрика, также в форме крылового профиля, при этом электроды распределены в рабочем объеме с трансляционной симметрией в направлении осадительного электрода.

3. Электрофильтр по п.2, отличающийся тем, что направление трансляционной симметрии для коронирующих и дополнительных электродов крылового профиля задают по углу установки профиля между выбранным направлением симметрии и хордой профиля, который выбирают в интервале 0-90^o.

4. Электрофильтр по п.2, отличающийся тем, что коронирующие и дополнительные электроды крылового профиля располагают под углом атаки между вектором скорости набегающего потока газа и хордой профиля, который выбирают в интервале 0-40^o.

5. Электрофильтр по п.2, отличающийся тем, что коронирующие и дополнительно электроды питают параллельно от общего источника переменного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1