ЭЛЕКТРОФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК B03C3/00 

Изобретение относится к области промышленной и санитарной очистки газов производств в различных отраслях промышленности.

Известен электрофильтр, содержащий коронирующие электроды, выполненные из элементов с фиксированными разрядными точками, и газопроницаемые осадительные электроды. Перечисленные признаки совпадают с существенными признаками заявленного изобретения. Известный электрофильтр содержит также сплошные аэродинамические перегородки, установленные на торцах осадительных электродов в шахматном порядке со стороны входа и выхода газового потока (Модернизированный электрофильтр ГП-40 х 36. Информационный листок 87-029, Запорожский ЦНТИ, 1987).

Сплошные аэродинамические перегородки со стороны входа и выхода газового потока образуют теневые зоны, что не способствует газораспределению потока на равномерные струи между элементами газопроницаемых осадительных электродов. Кроме того, на поверхности сплошных аэродинамических перегородок и осадительных элементов, расположенных в теневых зонах, накапливаются неотряхиваемые отложения пыли, вторичное диспергирование которых приводит к повышенной остаточной концентрации взвешенных частиц пыли на выходе электрофильтра. Неравномерное газораспределение в активном сечении и повышенная остаточная концентрация пыли на выходе электрофильтра препятствуют получению требуемого технического результата.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является электрофильтр (А. С. СССР 2139145 С 1 В 03 С 3/08). Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются коронирующие электроды из элементов с фиксированными разрядными точками, осадительные электроды из осадительных элементов и газопроницаемые перегородки, соединяющие попарно осадительные электроды со стороны входа и выхода газового потока так, что образуется зигзагообразный контур. Причем на входе газопроницаемые перегородки установлены с живым сечением по оси, а на выходе - с живым сечением по периферии, при этом отношение площадей живого сечения на входе и выходе 3,0 ÷ 2,0.

В прототипе улавливание газообразных вредных веществ осуществляется только за счет их адсорбции поверхностью взвешенных дисперсных частиц пыли как в процессе электронно-ионных взаимодействий при совместном перемещении от коронирующих к осадительным электродам, так и при контактах в ламинарных слоях при электростатическом осаждении на поверхности элементов осадительных электродов. Однако эффективность очистки пылегазового потока от газообразных вредных веществ недостаточна из-за недостаточности контактных поверхностей, а также сорбционной активности дисперсных частиц. Кроме того, известный электрофильтр не обеспечивает достаточно эффективной очистки пылегазового потока от высокодисперсных частиц с эффективными размерами менее 1 мкм.

Заявляемое изобретение направлено на решение задач по повышению хеморсорбционного эффекта улавливания газообразных вредных веществ за счет ввода в конструкцию зернистого материала, организации улавливания газообразных вредных веществ и высокодисперсных частиц пыли фильтрующим слоем.

Техническим результатом, обеспечиваемым настоящим изобретением, является повышение эффективности очистки пылегазового потока одновременно от пыли и газообразных вредных веществ.

Технический результат достигается существенными признаками в заявляемом электрофильтре, содержащем коронирующие электроды из элементов с фиксированными разрядными точками, газопроницаемые осадительные электроды из осадительных элементов и газопроницаемые перегородки, соединяющие попарно осадительные электроды со стороны входа и выхода газового потока так, что образуется зигзагообразный контур, осадительные электроды выполнены из двух параллельных рядов осадительных элементов, между которыми размещен фильтрующий слой, а газопроницаемые перегородки выполнены из одного ряда осадительных элементов и размещенного за ним по ходу газа фильтрующего слоя. Фильтрующий слой осадительных электродов может быть выполнен из зернистого материала и разделен на зоны с уменьшающейся в направлении движения газа дисперсностью зернистого материала, а фильтрующий слой газопроницаемых перегородок - из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя осадительных электродов. Выполнение осадительных электродов из двух параллельных рядов осадительных элементов, между которыми размещен фильтрующий слой, а газопроницаемых перегородок из одного ряда осадительных элементов с размещенным за ним по ходу газа фильтрующим слоем обеспечивает высокоэффективную очистку пылегазовых потоков одновременно от пыли и газообразных вредных веществ.

Указанная совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях. При попадании пылегазового потока в активную зону электрофильтра у поверхности коронирующих электродов происходит интенсивная ударная и диффузионная ионизация газов, в том числе ионизация присутствующих в газе молекул SO_x, NO_x с образованием отрицательно заряженных ионов. Частицы пыли, адсорбируя на своей поверхности образовавшиеся ионы, также приобретают отрицательный заряд. Отрицательно заряженные частицы пыли и газовые ионы под действием сил электрического поля и аэродинамических сил газового потока движутся к осадительным электродам. При этом основная масса пыли оседает на осадительных элементах, а газовые ионы и мелкая фракция (менее 1 мкм) улавливаются фильтрующим слоем осадительных электродов.

Газопроницаемые перегородки, выполненные из одного ряда осадительных элементов и размещенного за ним по ходу газа фильтрующего слоя, соединяют попарно осадительные электроды со стороны входа и выхода газового потока, образуя зигзагообразный контур, что обеспечивает комбинированный ход газа в электрофильтре. На осадительных элементах перегородок осаждается пыль, заряженная в предыдущем поле электрофильтра, а фильтрующий слой адсорбирует газовые ионы и мелкую фракцию пыли. Фильтрующий слой осадительных электродов и газопроницаемых перегородок может быть выполнен из волокнистого или зернистого материала с избирательной адсорбционной способностью к определенным газообразным вредным веществам.

Экспериментально установлено, что наибольшая эффективность очистки обеспечивается при выполнении фильтрующего слоя осадительных электродов из зернистого материала с уменьшающейся по зонам в направлении движения газа дисперсностью с одновременным выполнением фильтрующего слоя газопроницаемых перегородок из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя осадительных электродов. Такое выполнение элементов электрофильтра позволяет регулировать скорость фильтрации и гидравлическое сопротивление фильтрующего слоя по длине осадительных электродов таким образом, что в зоне осаждения более крупной фракции пыли - в начальной части осадительных электродов - устанавливается более высокая скорость фильтрации, а в зоне осаждения мелкой фракции пыли - на выходе пылегазового потока из канала - низкая скорость фильтрации. Это обеспечивает максимально эффективную очистку пылегазового потока от пыли и газообразных вредных веществ.

На фиг.1 и 2 приведено упрощенное графическое изображение двух примеров выполнения отдельного рабочего поля предлагаемого электрофильтра (вид сверху).

Рабочее поле электрофильтра содержит коронирующие электроды 1 из элементов 2 с фиксированными разрядными точками, осадительные электроды 3, состоящие из двух параллельных рядов осадительных элементов 4, между которыми размещен фильтрующий слой 5. Осадительные электроды 3 соединены попарно со стороны входа и выхода газового потока соответственно газопроницаемыми перегородками 6, 7 так, что образуется зигзагообразный контур. Газопроницаемые перегородки 6, 7 выполнены из одного ряда осадительных элементов 8, 9 и фильтрующего слоя 10, 11.

В рабочем поле электрофильтра, схематично изображенном на фиг.1, фильтрующие слои 5, 10, 11 осадительных электродов 3 и газопроницаемых перегородок 6, 7 выполнены из волокнистого материала, например минераловатных матов, или из зернистого материала с постоянной по длине осадительного электрода дисперсностью, например, из отработанного алюмосиликатного катализатора.

В рабочем после электрофильтра, схематично изображенном на фиг.2, фильтрующий слой 5 осадительного электрода 3 выполнен из зернистого материала с уменьшающейся в направлении движения газа дисперсностью. Для этого фильтрующий слой 5 разделяют на зоны 12, 13, 14, заполненные зернистым материалом с различной дисперсностью таким образом, что дисперсность зернистого материала в зоне 12 больше дисперсности зернистого материала в зоне 13, а в зоне 13 больше, чем в зоне 14. Фильтрующие слои 10, 11 газопроницаемых перегородок 6, 7 выполнены из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя 5 осадительных электродов 3, то есть фильтрующий слой 10 газопроницаемых перегородок 6, соединяющих осадительные электроды 3 со стороны входа пылегазового потока, и зона 12 фильтрующего слоя 5 выполнены из зернистого материала равной дисперсностью, соответственно фильтрующий слой 11 газопроницаемых перегородок 7, соединяющих осадительные электроды 3 со стороны выхода пылегазового потока, и зона 14 фильтрующего слоя 5 также выполнены из зернистого материала с одинаковой дисперсностью, но меньшей, чем в зоне 13.

Электрофильтр работает следующим образом.

В электрофильтр подается газовый поток, содержащий взвешенные частицы пыли. Пылегазовый поток выравнивается газораспределительными решетками (на фиг. 1, 2 не показаны) и поступает в первое поле электрофильтра с горизонтальным ходом газов (на фиг.1, 2 не показано), где происходят зарядка и осаждение крупных частиц пыли. Первоначально пылегазовый поток поступает в открытые со стороны входа газов каналы, образованные осадительными электродами 3, а также на газопроницаемые перегородки 6.

При прохождении пылегазового потока через газопроницаемые перегородки 6 происходят осаждение пыли на осадительных элементах 8 и улавливание газообразных вредных веществ и мелких фракций пыли фильтрующим слоем 10.

К коронирующим электродам 1 из элементов 2 с фиксированными разрядными точками подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения от агрегатов питания (на фиг. 1, 2 не показан). У поверхности коронирующих электродов 1 происходит интенсивная ударная и диффузионная ионизация газов с образованием лавины электронов и отрицательно заряженных ионов. Частицы пыли, адсорбируя на своей поверхности электроны и образовавшиеся ионы, приобретают электрический заряд.

Заряженные частицы пыли и газовые ионы под воздействием сил электрического поля и аэродинамических сил газового потока движутся к осадительным электродам 3, распределяясь на ламинарные струи по всему газопроницаемому контуру. На осадительных элементах 4 осадительных электродов 3 осаждается основная масса пыли, а газообразные вредные вещества и мелкая фракция пыли улавливаются фильтрующим слоем 5.

Газопроницаемые перегородки 7, соединяющие осадительные электроды 3 со стороны выхода газового потока, обеспечивают переток части газового потока из одного в другой за счет повышенного гидравлического напора. Другая меньшая часть газового потока проходит через газопроницаемые перегородки 7, где происходит дополнительная очистка пылегазового потока за счет осаждения пыли на осадительных элементах 9 и улавливания газообразных вредных веществ и пыли фильтрующим слоем 11 перегородок 7.

При выполнении фильтрующего слоя 5 осадительных электродов 3 из зернистого материала с уменьшающейся по зонам в направлении движения газа дисперсностью, а фильтрующих слоев 10, 11 - из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя 5 осадительного электрода 3, обеспечивается повышение эффективности очистки пылегазового потока от пыли и газообразных вредных веществ за счет регулирования скорости фильтрации и гидравлического сопротивления слоя. При этом на входе пылегазового потока в канал через газопроницаемую перегородку 6 и в начальной части осадительного электрода 3 обеспечивается более высокая скорость фильтрации - здесь осаждается крупная фракция пыли.

В конечной зоне осадительного электрода 3 и на выходе пылегазового потока из канала через газопроницаемую перегородку 7 устанавливается низкая скорость фильтрации, что обеспечивает улавливание мелкой фракции пыли.

Заявляемый электрофильтр был испытан в лабораторных условиях на физической модели при очистке пылегазовых потоков:
- от установок каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, содержащих оксиды серы (см. таблицу, опыты 1, 2);
- от тепловых станций, содержащих оксиды серы и азота (см. таблицу, опыт 3).

Фильтрующие слои осадительных электродов и газопроницаемых перегородок выполняли из минераловатных матов, пропитанных известковым раствором (опыт 1), из отработанного алюмосиликатного катализатора, содержащего до 20% соединений кальция (опыт 2), из известковых гранул с переменной крупностью (опыт 3).

Эффективность очистки от пыли определяли методом внутренней фильтрации.

Эффективность очистки от газообразных вредных веществ (SO_x, NO_x) определяли с помощью газоанализатора ГПХ-3М.

Для сравнения на физической модели проведены испытания электрофильтра, выбранного в качестве прототипа (опыт 4), и электрофильтра, выбранного в качестве аналога, в соответствии с техническим решением по а.с. (СССР) 921629, в котором в качестве зернистого материала также использовали отработанный алюмосиликатный катализатор, содержащий до 20% соединений кальция (опыт 5).

Из таблицы видно, что предлагаемое выполнение элементов электрофильтра обеспечивает высокую эффективность очистки пылегазового потока от пыли и одновременно от газообразных вредных веществ (соответственно 99,83 и 98,5% - по оксидам серы), причем наибольшая эффективность очистки достигнута при выполнении фильтрующего слоя осадительных электродов из зернистого материала с уменьшающейся в направлении движения газа дисперсностью (опыт 3).

Изобретение относится к промышленной и санитарной очистке газов в различных отраслях промышленности. Электрофильтр содержит коронирующие электроды из элементов с фиксированными разрядными точками, газопроницаемые осадительные электроды, выполненные из двух параллельных рядов осадительных элементов, между которыми размещены фильтрующий слой и газопроницаемые перегородки, соединяющие попарно осадительные электроды со стороны входа и выхода газового потока так, что образуется зигзагообразный контур. Газопроницаемые перегородки выполнены из одного ряда осадительных элементов и размещенного за ним по ходу газа фильтрующего слоя. Такое выполнение элементов электрофильтра обеспечивает повышение эффективности очистки пылегазового потока от пыли до 99,88% и одновременно от газообразных вредных веществ (по оксидам серы до 98,5%). Наибольшая эффективность очистки достигается при выполнении фильтрующего слоя осадительных электродов из зернистого материала с уменьшающейся в направлении движения газа по зонам дисперсностью с одновременным выполнением фильтрующих слоев газопроницаемых перегородок из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя осадительных электродов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Электрофильтр, содержащий коронирующие электроды из элементов с фиксированными разрядными точками, газопроницаемые осадительные электроды из осадительных элементов и газопроницаемые перегородки, соединяющие попарно осадительные электроды со стороны входа и выхода газового потока так, что образуется зигзагообразный контур, отличающийся тем, что осадительные электроды выполнены из двух параллельных рядов осадительных элементов, между которыми размещен фильтрующий слой, а газопроницаемые перегородки выполнены из одного ряда осадительных элементов и размещенного за ним по ходу газа фильтрующего слоя. 2. Электрофильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующий слой осадительных электродов выполнен из зернистого материала и разделен на зоны с уменьшающейся в направлении движения газа дисперсностью зернистого материала, а фильтрующий слой газопроницаемых перегородок выполнен из зернистого материала с той же дисперсностью, что и в прилегающих зонах фильтрующего слоя осадительных электродов.