Способ очистки газов и электрофильтр для его реализации

Изобретения относятся к технике очистки газов от пыли и предназначены для очистки газопылевых выбросов в химической, металлургической отраслях промышленности, строительстве и электроэнергетике. Для очистки газов осуществляют пропускание их через щелевые сопла и зону барьерного разряда, заполнение потока газа униполярным отрицательным объемным зарядом, формирование в потоке анизотропной турбулентности заряженных кластеров и осаждение аэрозоля в электрическом поле переменного напряжения. Электрофильтр для очистки газов содержит корпус, газораспределительную решетку, профилированные элементы которой образуют на входе в рабочую зону щелевые сопла, подключенные с соседними осадительными электродами к противоположным выводам источника переменного тока высокого напряжения, ионизатор и систему пластинчатых плоскопараллельных осадительных электродов, покрытых диэлектриком и установленных вдоль потока на рабочем расстоянии друг от друга. Изобретения повышают эффективность газоочистки и снижают энергопотребление за счет организации сдвигового течения двухфазной среды в градиентном электрическом поле, обеспечивающей синергетический эффект от действующих на частицы аэрозоля сил. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к технике очистки газов от пыли и предназначены для очистки газопылевых выбросов в химической, металлургической отраслях промышленности, строительстве и электроэнергетике.

Известен способ очистки газового потока, загрязненного аэрозолем, в электрическом поле переменного напряжения на электродах, покрытых слоем диэлектрика, при ионизации искровым разрядником (патент Японии №22931, кл. 72 С54, 1968).

Эффективность известного способа не высока из-за малой плотности объемного заряда в рабочей зоне электрофильтра.

Известен способ очистки газа (патент RU №2098191, В03С 3/08, 1997), основанный на пропускании двухфазного потока через зону барьерного разряда, заполнении потока униполярным отрицательным объемным зарядом и осаждении частиц аэрозоля в электрическом поле переменного напряжения между плоскими осадительными электродами, покрытыми слоем диэлектрика. Реализация способа осуществляется с помощью специально разработанного электрофильтра для очистки газов (патент RU №2132238, В03С 3/00, 3/08, 3/40, В01D 35/06, 1999), содержащего корпус, источник питания, ионизатор, газораспределительную решетку, систему пластинчатых плоскопараллельных осадительных электродов, покрытых диэлектриком и установленных вдоль потока на рабочем расстоянии друг от друга.

Недостатком данного способа и устройства является повышенный расход электроэнергии.

Известно устройство для сбора частиц в газе с их сепарацией по размеру (патент США №3853750, НКИ, 1974 г.), включающее корпус с системой коронирующих и осадительных электродов, источник высокого напряжения, подвод очищаемого газа с соплом и ионизатором в виде полости, соединенной с подводом регулируемой по размеру щелью, закрытой сеткой и пластиной, напротив которой в полости установлен коронирующий электрод. При этом подвод очищаемого газа с соплом и ионизатором, размещенный во входном устройстве с растекателем и хонейкомбом, может перемещаться от оси входного устройства к его стенке, а хонейкомб обеспечивает плавное подмешивание чистого воздуха к очищаемому газу.

Недостатками данного устройства являются высокие затраты энергии на единицу массы частиц, выделенных из очищаемого газа, смешанного с чистым воздухом.

Известно также устройство для очистки воздуха от пыли (авт. св. СССР №1593703 А1, В03С 3/28, 1988 г.), включающее корпус с жалюзийной решеткой, патрубок подвода запыленного воздуха, сопло Лаваля, закрепленное в корпусе напротив жалюзийной решетки и выполненное из чередующихся между собой металлических и диэлектрических колец и пылесборник. В основу работы устройства положена коагуляция разноименно заряженных частиц пыли, проходящих через сопла, выполненные из чередующихся между собой металлических и диэлектрических колец.

Недостатком данного устройства является то, что устойчивую работу устройства можно обеспечить лишь для определенного состава очищаемого воздуха. Его состав, температура и влажность могут влиять на электризацию пыли и эффективность газоочистки.

Известно устройство для выделения частиц пыли из потока газа (авт. св. СССР №929224, В03С 3/02, 1980 г.), включающее корпус, осадительный электрод в виде фигурного желоба, с открытой стороны которого по всей высоте расположено щелевое сопло, и высоковольтные электроды, размещенные внутри осадительного электрода в разных точках его изгиба, при этом часть боковых стенок сопла выполнена в виде жалюзи и щелевое сопло выходной кромкой примыкает к боковой стенке осадительного электрода.

Недостатками данного устройства являются высокие гидравлические потери, и, как следствие, дополнительные энергетические затраты, а также высокая материалоемкость конструкции из-за сложной конфигурации проточной части устройства, которая формируется соплом с жалюзийной насадкой и осадительными электродами в виде фигурных желобов с поворотами потока.

Задачей заявляемых изобретений является снижение расхода электроэнергии на газоочистку, уменьшение материалоемкости и повышении эффективности очистки газов.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретений, заключается в снижении расхода электроэнергии на единицу очищаемых газопылевых выбросов.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в предлагаемом способе очистки газов поток очищаемого газа пропускают через газораспределительную решетку входного устройства электрофильтра, профилированные элементы которой образуют щелевые сопла, обеспечивающие формирование в потоке анизотропной турбулентности с поперечными пульсациями скорости газа и генерирование в потоке заряженных кластеров при пропускании их через зону барьерного разряда, заполняют поток газа униполярным отрицательным объемным зарядом и осаждают частицы аэрозоля в электрическом поле переменного напряжения между плоскими осадительными электродами, покрытыми слоем диэлектрика.

Данный способ реализуется в электрофильтре для очистки газов, содержащем корпус, газораспределительную решетку, профилированные элементы которой образуют на входе в рабочую зону щелевые сопла, подключенные с соседними осадительными электродами к противоположным выводам источника переменного тока высокого напряжения, ионизатор и систему пластинчатых плоскопараллельных осадительных электродов, покрытых диэлектриком и установленных вдоль потока на рабочем расстоянии друг от друга.

На чертеже приведена схема электрофильтра, поясняющая техническую сущность заявляемых изобретений.

Согласно изобретениям, способ очистки газов реализуется с помощью электрофильтра, содержащего корпус 1 с размещенными в нем плоскопараллельными осадительными электродами 2 и профилированными элементами 3 газораспределительной решетки, покрытыми слоем диэлектрика 4. На входе в рабочую зону 5 электрофильтра профилированными элементами 3 образованы щелевые сопла 6, которые с соседними осадительными электродами 2 подключены к противоположным выводам источника переменного тока высокого напряжения и формируют зону барьерного разряда 7 электрофильтра.

Электрофильтр работает следующим образом.

Очищаемый от аэрозоля поток газа 8 через щелевые сопла 6 проходит зону барьерного разряда 7 и насыщается электронами. Созданный в пространстве между осадительными электродами 2 униполярный отрицательный объемный заряд формирует существенно неоднородное электрическое поле, которое воздействует на частицы аэрозоля и обеспечивает их движение к осадительным электродам 2. Формирование в потоке очищаемого газа поперечных пульсаций скорости газа и заряженных кластеров с помощью щелевых сопл 6 и зоны барьерного разряда 7 усиливает процесс осаждения частиц из двухфазного потока на осадительные электроды 2 электрофильтра. В основе турбулентного осаждения частиц двухфазного потока на стенки канала лежат процессы турбулентной миграции в сдвиговом поле течения [Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1981]. В сдвиговом турбулентном потоке импульсы, получаемые взвешенной частицей от несущей среды потока со стороны стенки, где амплитудные значения скорости поперечных пульсаций газа ниже, всегда слабее импульсов, получаемых со стороны ядра потока. Поэтому на частицу действует дополнительная турбофоретическая сила. В градиентном электрическом поле на поляризованные аэрозольные частицы действует также электрофоретическая сила. Синергетический эффект действующих сил повышает эффективность газоочистки и снижает энергопотребление.

1. Способ очистки газов, заключающийся в том, что поток очищаемого газа пропускают через газораспределительную решетку входного устройства электрофильтра, профилированные элементы которой образуют щелевые сопла, обеспечивающие формирование в потоке анизотропной турбулентности с поперечными пульсациями скорости газа и генерирование в потоке заряженных кластеров при пропускании их через зону барьерного разряда, заполняют поток газа униполярным отрицательным объемным зарядом и осаждают частицы аэрозоля в электрическом поле переменного напряжения между плоскими осадительными электродами, покрытыми слоем диэлектрика.

2. Электрофильтр для очистки газов для осуществления способа по п.1, включающий корпус, газораспределительную решетку, профилированные элементы которой образуют на входе в рабочую зону щелевые сопла, подключенные с соседними осадительными электродами к противоположным выводам источника переменного тока высокого напряжения, ионизатор, и систему пластинчатых плоскопараллельных осадительных электродов, покрытых диэлектриком и установленных вдоль потока на рабочем расстоянии друг от друга.