Способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах

 

Способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах заключается в том, что по периферии потока очищаемого воздуха в зоне осаждения создают дополнительное электрическое поле с напряженностью, равной напряженности между основными электродами. Напряжение осадительных электродов основного поля ступенчато уменьшают от одного осадительного электрода к другому, а напряжение осадительных электродов дополнительного поля перед заземленными электродами основного поля повышают до напряжения ближайшего осадительного электрода основного поля. Создание дополнительного поля позволяет увеличить расстояние между плоскими коронирующими электродами с фиксированными точками разряда и заземленными электродами дополнительного поля, снизить ток коронного разряда и тем самым уменьшить выделение нежелательных примесей в очищаемый воздух - озона и окислов азота. Это, в свою очередь, создает возможность снизить скорость воздушного потока без превышения предельно допустимой концентрации озона и окислов азота в очищенном воздухе и тем самым увеличить эффективность очистки воздуха. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области очистки воздуха от твердых и жидких частиц в системах вентиляции и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Как известно, коронный разряд в электрофильтрах сопровождается изменением состава воздуха. В процессе ионизации газов, входящих в состав воздуха, внутримолекулярные связи настолько нарушаются, что в течение коротких мгновений могут существовать свободные атомы кислорода. Они быстро рекомбинируют в молекулы обычного кислорода O₂, а некоторая очень малая часть атомов образует озон O₂. Образуется также небольшое количество окислов азота NO и NO₂. Эти газы являются нежелательными примесями в воздухе, очищаемом в гигиенических целях [1].

Известен способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах путем воздействия на пылевые частицы электрических полей, образованных между проволочными коронирующими и заземленными электродами, а также между плоскими осадительными электродами, на которые через один подается высокое напряжение, а остальные заземляются.

При подаче высокого напряжения вокруг проволочных электродов образуется коронный разряд, ионизирующий воздух и создающий объемный заряд в межэлектродном пространстве зоны ионизации.

Пылевые частицы, перемещаясь вместе с воздушным потоком через зону ионизации, получают при этом избыточный заряд. Одновременно в очищаемом воздухе образуется незначительное количество озона и окислов азота. Заряженные частицы в зоне осаждения под действием сил поля перемещаются к осадительным электродам, оседают на них и тем самым выводятся из воздушного потока [2].

Известен аналогичный способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах путем воздействия на пылевые частицы потока ионов, образованных проволочными коронирующими электродами отдельной зоны ионизации и электрических полей между плоскими осадительными электродами.

При подаче высокого напряжения на проволочные коронирующие электроды образуется коронный разряд, ионизирующий воздух и заряжающий пылевые частицы. Одновременно образуется незначительное количество озона и окислов азота (3).

Известные способы очистки воздуха не позволяют увеличивать межэлектродное расстояние, поскольку это приводит к значительному уменьшению тока коронного разряда и, как следствие, к снижению заряда, получаемого улавливаемыми частицами пыли, и в конечном итоге - к уменьшению эффективности очистки воздуха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах путем воздействия на частицы электрических полей, образованных между плоскими коронирующими, осадительными и заземленными электродами, образующими основное электрическое поле (4).

Недостатком указанного наиболее близкого аналога также, как и других является образование нежелательных примесей в очищенном воздухе в виде озона и окислов азота. Уровень создаваемых фильтром озона и окислов азота, близкий к ПДК, не позволяет снижать воздушную нагрузку на фильтр и тем самым повышать эффективность очистки воздуха.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени очистки воздуха и снижение количества в нем озона и окислов азота.

Технический результат достигается тем, что способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах осуществляется путем воздействия на частицы электрических полей, образованных между плоскими коронирующими, осадительными и заземленными электродами, образующими основное электрическое поле. К осадительным электродам подают напряжение ступенчато уменьшая - от одного осадительного электрода к другому, в направлении от плоского коронирующего электрода к заземленному, а по периферии потока воздуха создают дополнительное электрическое поле с напряженностью, равной напряженности между основными электродами, при этом напряжение осадительных электродов дополнительного поля перед заземленными электродами основного поля повышают до напряжения ближайшего осадительного электрода основного поля.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая предложенный способ, с одной парой заряженных осадительных электродов основного поля и двумя парами дополнительных электродов для создания дополнительного электрического поля; на фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1 - но с двумя парами заряженных осадительных электродов основного поля и двумя парами дополнительных электродов; на фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1 - но с тремя парами заряженных осадительных электродов основного поля и двумя парами дополнительных электродов; на фиг. 4 - вольтамперная характеристика электрического фильтра с дополнительным полем по периферии; на фиг. 5 - зависимость концентрации озона от плотности тока коронного разряда; на фиг. 6 - электрический двухкаскадный фильтр ФЭ2К2 с зубчатыми коронирующими электродами, с одной парой заряженных осадительных электродов основного поля и с дополнительным полем по периферии.

Способ осуществляют следующим образом.

Очищаемый воздушный поток пропускают через зону ионизации 1, образованную коронирующими электродами 2 с фиксированными разрядными точками 3 и дополнительными заземленными электродами 4 (фиг. 1 - 3). После получения заряда частицы пыли поступают в зону осаждения 5, занимающую пространство между коронирующими, заземленными основными электродами 6 и заземленными дополнительными электродами 4, разделенное осадительными основными электродами 7 и осадительными дополнительными электродами 8 (фиг. 1), основными 7 и 9 и дополнительными электродами 8 (фиг. 2), основными 7, 9, 10 и дополнительными электродами 8 (фиг. 3) на равные участки шириной h₁. На заряженные частицы, движущиеся как в основном потоке воздуха, так и по периферии в зоне дополнительных электродов, воздействует электростатическое поле. Под воздействием сил этого поля заряженные частицы движутся к осадительным электродам, приходят в соприкосновение с ними, оседая на них, и тем самым выводятся из потока.

Пример 1.

Коронирующий электрод 2 (фиг. 1) устанавливают относительно заземленных основных электродов 6 на расстоянии H = 0,012 м и к нему подводят напряжение 12 кВ. На расстоянии h₁ = 0,006 м от заземленных электродов 6 в зоне осаждения 5 симметрично относительно коронирующего электрода 2 размещают осадительные основные электроды 7, к которым подводят напряжение 6 кВ, равное половине величины напряжения коронирующего электрода. Эти электроды образуют основную электродную систему.

Напряженность электрического поля между электродами 2 и 7 равна: Напряженность электрического поля между электродами 7 и 6 составляет По периферии основной электродной системы располагают дополнительную из заземленных электродов 4 и осадительных электродов 8.

К дополнительным электродам 8 подводят такое же напряжение, как у ближайшего осадительного основного электрода 7, т.е. 6 кВ, при этом напряженность между электродами 8 и 6, 8 и 4 будет равна: Из приведенных примеров следует, что напряженность электрического поля в дополнительном промежуточном пространстве осталась такой же, как и между основными электродами, при этом расстояние между коронирующим электродом 2 и дополнительным заземленным электродом 4 увеличилось, что позволяет снизить ток коронного разряда до предельной допустимой величины и уменьшить выделение озона до 0,02 мг/м³, т.е. в пять раз меньше ПДК (см. протокол N 581-603 Московской областной санэпидемстанции, письмо N 1185-3 от 30.07.91 г.).

При рабочем напряжении 12 кВ линейная плотность тока ячейки фильтра составляет 0,26 мА/м (фиг. 4). Этой плотности тока соответствует концентрации озона 0,01 мг/м³ (фиг. 5). Очищенный воздух при последовательном прохождении через две ячейки будет содержать озон в два раза больше, т.е. 0,0002 мг/м³.

Пример 2.

В межэлектродное пространство /H = 0,012 м (фиг. 2)/, образованное между основными заземленными 6 и коронирующим 2 электродами, устанавливают по две пары осадительных электродов 9 и 7 на расстоянии и от заземленного электрода соответственно. На коронирующий электрод 2 подают напряжение 12 кВ, а на каждый осадительный электрод подводят напряжение, ступенчато уменьшенное на 4 кВ, в соответствии с расстоянием его относительно заземленного электрода. Таким образом, на электроде 7 оно составит 8 кВ, а на электроде 9 - 4 кВ.

Напряженность электрического поля между электродами 2 и 7, 7 и 9, 9 и 6 составит соответственно: По периферии основной электродной системы располагают дополнительную из заземленных электродов 4 и осадительных электродов 8. К дополнительным осадительным электродам 8 подводят также же напряжение, как у ближайшего осадительного электрода 9, т.е. 4 кВ. При этом напряженность электрического поля между электродами 8 и 6 и электродами 8 и 4 будет равна соответственно:

Пример 3.

В межэлектродное пространство /H = 0,012 м (фиг. 3)/, образованное между основными зазщемленными 6 и коронирующим 2 электродами, устанавливают по три пары осадительных электродов 7, 9 и 10 на равном расстоянии один от другого. На коронирующий электрод 2 подают напряжение 12 кВ, а на каждый осадительный - напряжение ступенчато уменьшают на 3 кВ в соответствии с расстоянием его относительно заземленного электрода.

h₁ = 0,003 м; h₂ = 0,006 м; h₃ = 0,009 м.

Таким образом, на электродах 7 напряжение составит 9 кВ, на электродах 9 - 6 кВ и на электродах 10 - 3 кВ. Разность потенциалов рядом стоящих осадительных электродов составляет 3 кВ, что при одинаковых межэлектродных расстояниях, равных 0,003 м, обеспечивает одинаковую напряженность между электродами 1000 кВ/м.

По периферии основной электродной системы располагают аналогичную с фиг. 1 и 2 дополнительную из заземленных электродов 4 и осадительных электродов 8. К дополнительным осадительным электродам 8 подводят такое же напряжение, как у ближайшего осадительного электрода 10, т.е. 3 кВ.

Напряженность между электродами 8 и 4 и электродами 8 и 6 будет составлять 1000 кВ/м, т.е. такую же величину, как и у основной электродной системы:

Эффективность очистки воздуха электрическими фильтрами зависит от скорости фильтрации или удельной воздушной нагрузки: при их снижении эффективность возрастает [1]. Количество попутно создаваемых при очистке воздуха газов (озона и окислов азота) растворяется в том объеме воздуха, который проходит через фильтр, и регламентируется величинами предельно допустимых концентраций (ПДК). Поэтому снижение расхода воздуха и повышение эффективности его очистки ограничиваются концентрацией озона и окислов азота в очищаемом воздухе.

Интенсивность образования озона C_оз в электрическом фильтре может быть подсчитана по формуле:
C_оз = (K_к - K_н)Q, мг/ч,
где K_н - начальная концентрация озона перед фильтром, мг/м³;
K_к - конечная концентрация озона после фильтра, мг/м³;
Q - расход воздуха, проходящего через фильтр, м³/ч.

Таким же образом можно подсчитать интенсивность образования окислов азота.

При испытаниях промышленного образца электрофильтра ФЭ2К2, состоящего из двух ячеек, было получено:
расход воздуха 1000 м³/ч или скорость фильтрации 1,69 м/с;
напряжение коронирующих электродов 12 кВ, осадительных - 6 кВ;
потребляемый ток - 1,25 мА.

Концентрация озона после фильтра составила 0,02 мг/м³, концентрация двуокиси азота - 0,3 - 0,4 мг/м³, что в несколько раз ниже ПДК (ПДК озона для воздуха рабочей зоны 0,1 мг/м³, двуокиси азота - 5 мг/м³).

Таким образом, интенсивность образования озона и двуокиси азота составляет соответственно:
C_оз = (0,02 - 0) · 1000 = 20 мг/ч;
= (0,4 - 0) · 1000 = 400 мг/ч.

Отсюда следует, что расход воздуха через электрический фильтр можно значительно понизить с учетом ПДК озона и двуокиси азота до 200 м³/ч, что создает возможность снизить скорость фильтрации с 1,69 м/с до 0,5 м/с и тем самым существенно повысить эффективность очистки воздуха.

Фракционная эффективность очистки воздуха при скорости фильтрации 1,69 м/с представлена в таблице 1, а при скорости фильтрации 0,5 м/с - в таблице 2.

Выводы
Создание дополнительного электрического поля по периферии потока очищаемого воздуха позволяет увеличить межэлектродное расстояние между коронирующими и дополнительными электродами, не изменяя при этом расстояния между основными осадительными электродами и, следовательно, направленности между электродами в зоне осаждения, что позволяет снизить ток коронного разряда до величины, необходимой и достаточной для эффективной зарядки улавливаемых частиц. Уменьшение тока коронного разряда приводит к уменьшению выделения в очищаемый воздух нежелательных примесей, таких как озон и окислы азота. Кроме того, дополнительное поле по периферии потока позволяет снизить скорость фильтрации и повысить эффективность очистки воздуха. Для данного примера концентрация озона ниже ПДК в 5 раза, а концентрация окислов азота в 12 раз. Эффективность очистки воздуха повышена с 97,66% до 99,98%.

Источники информации
1. Пирумов А.И. "Обеспыливание воздуха", Москва, Стройиздат, 1981, 296 с.

2. Издание проспекта электрофильтров фирмы UAS, США, 11/1983 г.

3. Издание проспекта электрофильтров фирмы AAF, США, 07/1984 г.

Формула изобретения

Способ очистки воздуха в двухзонных фильтрах путем воздействия на частицы электрических полей, образованных между плоскими коронирующими, осадительными и заземленными электродами, образующими основное электрическое поле, причем к осадительным электродам подают напряжение, ступенчато уменьшая от одного осадительного электрода к другому, в направлении от плоского коронирующего электрода к заземленному, а по периферии потока воздуха создают дополнительное электрическое поле с напряженностью, равной напряженности между основными электродами, при этом напряжение осадительных электродов дополнительного поля перед заземленными электродами основного поля повышают до напряжения ближайшего осадительного электрода основного поля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8