Способ очистки газов от пыли

Способ очистки газов от пыли

Реферат

 

Использование: выделение дисперсных частиц из газов в электростатическом поле, применяется в промышленности строительных материалов, металлургической, химической и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: воздействуют на частицы пыли (ЧП) электростатическим полем, напряженность которого обеспечивает миграционную поляризацию ЧП и осаждение их на поляризованной поверхности электродов с диэлектрическим покрытием (ДП). Напряженность 1 - 3 кВ/мм. Пробивное напряжение ДП больше отношения напряжения электродов к толщине ДП. Диэлектрическая проницаемость ДП больше диэлектрической проницаемости ЧП. 5 ил.

Изобретение относится к выделению дисперсных частиц из газов с использованием электростатического эффекта и может быть применено в промышленности строительных материалов, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Известен способ очистки газов от пыли, реализованный в электрофильтре, путем воздействия на частицы пыли в потоке газа электростатическим полем равномерной напряженности, сформированным между электродами с диэлектрическим покрытием подачей на них напряжения, осаждением частиц на поверхностях электродов. Такой электрофильтр и способ, реализованный в нем, не обеспечивают высокой степени очистки газов и надежности в эксплуатации, так как электрические заряды, поступающие непрерывно с оседающей пылью, осаждаясь на диэлектрические пористые кожуха, не отводятся на осадительный электрод, а создают напряжение на слое осевшей пыли, что приводит к нарушению нормальной работы электрофильтра. Если слой пыли формируется на диэлектрическом кожухе осадительного электрода равномерно и не имеет пор, возникшее в нем напряжение снижает на несколько киловольт напряжение коронного разряда и приводит к резкому ухудшению эффективности очистки. Если слой осевшей на кожух пыли имеет поры или частицы пыли попали в поры газопроницаемого диэлектрического кожуха, то при достаточном напряжении в порах пылевого слоя или в порах диэлектрического кожуха, заполненных газом, произойдет электрический пробой (образуется обратная корона), что также приводит к резкому ухудшению эффективности очистки. Кроме того, забивание пор диэлектрического кожуха пылью приводит к уменьшению проникновения ионов в межэлектродное пространство, ухудшению процесса зарядки частиц и последующего их осаждения. Целью изобретения является повышение эффективности очистки газов. Это достигается тем, что между электродами с диэлектрическим покрытием напряженность электростатического поля устанавливают равной 1 - 3 кВ/мм, при этом пробивное напряжение диэлектрического покрытия больше отношения напряжения, подаваемого на электроды с диэлектрическим покрытием, к толщине диэлектрического покрытия, диэлектрическая проницаемость которого больше диэлектрической проницаемости частиц пыли. Установление напряженности электростатического поля, равной 1-3 кВ/мм, обеспечивает миграционную поляризацию взвешенных в газе частиц и осаждение частиц пыли на поляризационную поверхность диэлектрического корпуса электрода, обеспечивает согласно изобретению не только электронную, ионную, дипольную, но и миграционную поляризацию (поляризация свободных носителей пространственных зарядов в частице), которая создает дополнительный поляризационный эффект, способствующий усилению направленного дрейфа поляризованных частиц в равномерном электростатическом поле соответственно к положительно или отрицательно поляризованным электродам, осаждение на их поверхности. Нахождение напряженности электростатического поля в пределах 1-3 кВ/мм обусловлено тем, что для разного типа пыли процесс миграционной поляризации частиц происходит эффективно при разных значениях напряженностей равномерных электростатических полей. Нахождение величины напряженности в данном интервале позволяет получить дополнительные поляризационные эффекты практически для всех существующих в природе частиц. При воздействии равномерным электростатическим полем с напряженностью менее 1 кВ/мм интенсивность миграционной поляризации частиц резко падает, что приводит к ухудшению степени очистки газов от пыли. При воздействии на частицу пыли напряженность поля более 3 кВ/мм приводит к пробоям и устойчивым дуговым процессам. Формирование равномерного электростатического поля с напряженностью, обеспечивающей миграционную поляризацию, дополнительные поляризационные эффекты, возможно только при соблюдении следующих условий. Пробивное напряжение диэлектрического покрытия больше отношения напряжения, подаваемого на электроды с диэлектрическим покрытием, к толщине диэлектрического покрытия и имеет следующий вид: U_пр.д.> (1) где U_пр.д - пробивное напряжение материала диэлектрического покрытия, кВ/мм; U - напряжение, подаваемое на электроды; - толщина диэлектрического покрытия. Только при соблюдении этого условия можно добиться необходимой напряженности электростатического поля, обеспечивающей дополнительные поляризационные эффекты, исключая при этом режимы пробоев и устойчивых дуговых процессов, при этом электрическая прочность диэлектрического покрытия электродов позволяет выдерживать величину напряжения, прикладываемого к электродам, и за счет этого добиться повышения степени очистки. Диэлектрическая проницаемость диэлектрического покрытия электродов должна быть больше диэлектрической проницаемости пыли в потоке. ₁ > ₂, (2) где ₁ - диэлектрическая проницаемость диэлектрического покрытия электродов; ₂ - диэлектрическая проницаемость частичек пыли. Соблюдение этого условия позволяет за счет действия механических сил на поверхности раздела двух диэлектриков с разной диэлектрической проницаемостью, т. е. частиц пыли и диэлектрического покрытия электрода, получить дополнительный поляризационный эффект, обеспечивающий интенсивное притягивание частиц пыли к электроду и тем самым повысить эффективность очистки. Величина давления, действующего на поверхность раздела двух типов диэлектриков, если силовые линии электростатического поля перпендикулярны к поверхности раздела, определяется выражением P_у= (_д.п-_ч) E² (3) где Р_у - сила давления, действующая на поверхность раздела; _д.п. - диэлектрическая проницаемость покрытия электрода; _ч - диэлектрическая проницаемость частицы; Е - напряженность электростатического поля. Из выражения (3) видно, что если _д.п. >₂, то механическая сила Р₄ имеет положительное значение и прижимает частицу к электроду, если _д.п.<_ч, то механическая сила Р_ч имеет отрицательное значение, и на границе раздела диэлектрического покрытия электрода и частицы возникает отталкивающая сила. Нахождение напряженности электростатического поля в пределах 1-3 кВ/мм, использование диэлектрических свойств пыли и газа, в котором находится пыль, позволяет получить еще один дополнительный поляризационный эффект, который приводит и к росту механических сил на поверхности раздела двух сред диэлектриков (частиц пыли и газа, в котором находятся частицы), что приводит к усилению дрейфа частиц к осадительным электродам. Давление, действующее на поверхность раздела между поляризованными диэлектрическими частицами и газом, в случае, когда силовые линии перпендикулярны к поверхности раздела, определяется выражением P_у= (_ч-_r) E² (4) где Р_у - давление, действующее на поверхность раздела между поляризованными диэлектрическими частицами и газом; _ч - диэлектрическая проницаемость частицы пыли; _г - диэлектрическая проницаемость газа; Е - напряженность поля. Если силовые линии электростатического поля параллельны поверхности раздела диэлектриков, выражение принимает вид P_у= (_ч-_r) E² (5) Согласно выражению (4 и 5) величина механической силы, действующей на поверхности раздела двух диэлектриков с различной диэлектрической проницаемостью, прямо пропорциональна квадрату напряженности электростатического поля в независимости от направленности силовых линий электростатического поля к плоскости раздела диэлектриков. Предлагаемый способ реализован на экспериментальном электрофильтре, содержащем корпус, газоподводящий и газоотводящий патрубки, высоковольтные электроды, включающие диэлектрические газонепроницаемые кожуха с электропроводным покрытием и токоподводящие пружинные вставки, соединенные с положительными и отрицательными полюсами источника высокого напряжения. Длина прохода активной части электрофильтра 2,4 м, активная поверхность осаждения 4,8 м², межэлектродное расстояние 80 мм. Время проведения одного цикла очистки без регенерации составило 3 ч, концентрация пыли на входе 10 г/м³. В качестве улавливаемого аэрозоля использовали пыль цементных мельниц. В электрофильтре применяли электроды с диэлектрическим покрытием из стекла, толщина которого составила Н=6 мм, пробивное напряжение U_пр.с=25 кВ/мм, диэлектрическая проницаемость стекла _c= 6, диэлектрическая проницаемость частичек пыли _п= 2. Очистку проводили при скорости движения потока запыленного воздуха в активной части, равной 1 м/с, 1,5 м/с и 2 м/с, что соответствует скоростям в промышленно эксплуатируемых электрофильтрах. Подаваемое напряжение составляло 40 кВ, 55 кВ и 70 кВ. При подаче напряжения на токопроводящие вставки высоковольтно-осадительных электродов между положительно и отрицательно поляризуемыми поверхностями электродов образуется электростатическое поле равномерной напряженности от 1 до 1,8 кВ/мм, под действием которого происходит миграционная поляризация частиц пыли, которые приобретают положительный или отрицательный дипольный электрический момент. Возникающие механические силы на границе раздела диэлектрических сред (частицы пыли - диэлектрические кожуха) и кулоновские силы между поляризованной частицей и электростатическим полем обеспечивали ориентировочную миграцию частичек соответственно к положительно или отрицательно поляризованным поверхностям электродов и осаждение на них. Результаты исследований, проведенных на экспериментальном электрофильтре с высоковольтно-осадительными электродами, показали, что эффективность очистки зависит не только от определенной величины напряженности электростатического поля, его длины и скорости движения запыленного потока газа, но также и от правильного подбора диэлектрического материала кожухов электродов и соблюдения определенных условий. Вместе с тем повышение эффективности очистки газа за счет уменьшения скорости движения потока или увеличения длины электростатического поля требует значительного увеличения размеров электрофильтра. Тогда как этого эффекта можно добиться без изменения размеров поля, путем увеличения напряженности поля, которую можно повысить за счет повышения уровня питающего напряжения или уменьшения межэлектродного расстояния. Причем соблюдение определенных условий позволяет конструкции высоковольтно-осадительного электрода реализовать оба способа и создавать на их основе напряженность, в несколько раз превышающую напряженность в существующих современных электрофильтрах, в том числе и за счет подбора диэлектрического покрытия. Применение высоковольтно-осадительных электродов в электрофильтре исключает коронирующие электроды, а следовательно, и потребление энергии на образование короны, увеличивает вдвое площадь осаждения электродной системы по сравнению с электрофильтрами в традиционном выполнении, той же производительности. На фиг. 1 показано устройство для реализации способа, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - электрод, узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 3. Устройство для осуществления способа содержит корпус 1 с газоподводящим 2 и газоотводящим 3 патрубками, высоковольтные положительные 4 и отрицательные 5 электроды, источник 6 высокого напряжения, бункер 7 для сбора удвоенной пыли, газораспределительную решетку 8 и систему 9 регенерации. Электроды 4 и 5 выполнены в виде диэлектрических кожухов 10, внутренняя поверхность которых снабжена электропроводным покрытием 11, и снабжены токоподводящими вставками 12, соединенными поочередно посредством шин 13 с положительными и отрицательными полюсами источника 6 высокого напряжения. Устройство снабжено верхней газонепроницаемой перегородкой 14 с прорезями 15 и жесткими опорными балками 16 с направляющими желобами 17. Газонепроницаемая перегородка 14 делит корпус 1 на камеру 18 высоковольтной разводки и рабочую камеру 19. Верхние концы диэлектрических кожухов 10 установлены в направляющих желобах 17 опорных балок 16. Система 9 регенерации включает в себя раму 20 с натянутыми на ней струнами 21, тросы 22, к которым крепятся рама 20 и реверсивный электропривод 23 с редуктором. Рама 20 совершает возвратно-поступательные перемещения вдоль электродов 4 и 5. Способ реализован следующим образом. Запыленный газ поступает в устройство по газоподводящему патрубку 2, проходит через газораспределительную решетку 8 и поступает в рабочую камеру 19. От положительного и отрицательного полюсов источника 6 напряжения посредством подводящих шин 13 и токоподводящей вставки 12 на электропроводное покрытие 11 положительного 4 и отрицательного 5 электродов подается высокое напряжение. Между электродами 4 и 5 возникает электростатическое поле, под воздействием которого происходит поляризация диэлектрических кожухов 10 положительного 4 и отрицательного 5 электродов. Частицы запыленного газа, попадая в зону действия электростатического поля, поляризуются и под действием сил электростатического поля по мере движения в рабочей камере 19 осаждаются на поляризованных поверхностях кожухов 10 электродов 4 и 5. Очищенный газовый поток через газоотводящий патрубок 3 выводится из устройства. Удаление уловленной пыли с поверхности кожухов 10 электродов 4 и 5 производится при помощи системы 9 регенерации. При поступлении сигнала с программного реле (на чертежах не показано) включается реверсивный электропривод 23, который при помощи троса 22 передвигает снизу вверх раму 20 с натянутыми на ней струнами 21. При передвижении рамы 20 с натянутыми струнами 21 вдоль поверхности кожухов 10 электродов 4 и 5 струны 21 срезают осевшую на ней пыль. Пыль, снятая с поверхности кожухов 10, под действием силы тяжести сползает в бункер 7 и выводится из него для вторичного использования.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ путем воздействия на частицы пыли в потоке газа электростатическим полем равномерной напряженности, сформированным между электродами с диэлектрическим покрытием подачей на них напряжения, осаждения частиц на поверхностях электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, между электродами с диэлектрическим покрытием напряженность электростатического поля устанавливают равной 1 - 3 кВ/мм, при этом пробивное напряжение диэлектрического покрытия больше отношения напряжения, подаваемого на электроды с диэлектрическим покрытием, к толщине диэлектрического покрытия, диэлектрическая проницаемость которого больше диэлектрической проницаемости частиц пыли.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000