ФИЛЬТР ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2013 года по МПК B01D5/00 B03C3/14 

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в бытовых и производственных помещениях, а также различных отраслях промышленности и энергетики для отделения от газового потока содержащихся в нем аэрозольных частиц.

Известно устройство для сепарации пара из газов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для входа и выхода охлаждающего агента и двумя решетками, на которых закреплены трубки (см. А.Г.Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр.164). Для входа парогазовой смеси в корпусе смонтирована верхняя камера, а для выхода сепарированного конденсата и очищенного газа - нижняя камера. В данном устройстве парогазовая смесь через верхнюю камеру проходит по трубам, охлажденным движущимся в межтрубном пространстве хладоагентом. При соприкосновении с холодной поверхностью труб происходит охлаждение газа и конденсация на этой поверхности содержащегося в газе пара. Конденсируемая в трубах жидкость собирается в нижней камере и вытекает из нее через патрубок выхода конденсата. Очищенный от конденсата газ выходит через патрубок нижней камеры.

В описанном устройстве конденсация и сепарация производится лишь той части паров газовой смеси, которой удается соприкоснуться с поверхностью труб за время нахождения смеси в трубе. Остальная же часть паров остается в составе выходящей из устройства смеси. Таким образом, для повышения степени очистки смеси от паров требуется увеличение габаритных размеров известного устройства. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена очистка смеси от аэрозолей.

В той же книге (см. А.Г.Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр.202) представлено устройство для сепарации паров серной кислоты, содержащее холодильник с входным и выходным патрубками и вертикальную башню с верхней и нижней камерами. Нижняя камера снабжена патрубком для входа газовой смеси и патрубком для выхода серной кислоты, соединенным с входным патрубком холодильника. Верхняя камера содержит выходной патрубок очищенного газа и входной патрубок серной кислоты, соединенный с выходным патрубком холодильника и магистралью приема готовой продукции. Газовая смесь поступает через нижнюю камеру в вертикальную башню. Поднимаясь вверх по башне, газовая смесь орошается серной кислотой, стекаемой с верхней части башни. Капельки серной кислоты охлаждают газовую смесь и конденсируют на своей поверхности содержащиеся в газовой смеси пары, увлекая их с собой в нижнюю камеру башни. Очищенный от паров газ поднимается вверх и через верхнюю камеру башни направляется в выходной патрубок очищенного газа. Капли кислоты опускаются вниз и через нижнюю камеру башни направляются в патрубок для выхода серной кислоты.

При охлаждении газовой смеси и конденсации содержащихся в ней паров происходит нагрев серной кислоты. Для замыкания рабочего цикла выходящую из башни кислоту перед подачей в верхнюю часть башни для орошения газовой смеси и для отгрузки в магистраль готовой продукции пропускают через холодильник.

В описываемом устройстве в отличие от ранее упомянутого устройства конденсация содержащихся в газовой смеси паров происходит не только на поверхности конструкций (стенки труб, башни), но и на поверхности капелек орошаемой серной кислоты. Так как площадь поверхности капель существенно больше площади конструкций, то в описываемом устройстве удается добиться повышения степени очистки смеси без существенных увеличений габаритных размеров устройства.

Вместе с тем, в описываемом устройстве при конденсации серной кислоты возникает высокое пересыщение пара, отчего часть паров серной кислоты конденсируется в объеме с образованием тумана, который в составе очищенных газов выносится из башни.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фильтр очистки газового потока, представленный в патенте РФ на изобретение №22935897, МПК B01D 53/32. Фильтр содержит пористый осадительный электрод с открытыми порами, размером более 0,1 мкм, включающими вертикальные капиллярные каналы, размеры проходного сечения которых удовлетворяют соотношению:

а>2·σ/(ρ·g·h),

где а - эффективный радиус пор, h - высота осадительного электрода, σ - коэффициент поверхностного натяжения конденсата, ρ - плотность конденсата, установленный вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолированно смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания.

В известном фильтре аэрозольные частицы и капли конденсата, образуемые вследствие активизации процессов конденсации с помощью генерируемых электрических зарядов, движутся под действием силового поля и электрического ветра к пористому осадительному электроду. Повышение степени очистки в известном фильтре достигается за счет инициации процессов конденсации на мелкодисперсных аэрозолях во всем объеме газового потока и за счет обеспечения осаждения электрически заряженных капель конденсата, захвативших мелкодисперсные аэрозоли на заземленной поверхности осадительного электрода.

Вместе с тем, в данном устройстве перемещение очищаемого газового потока осуществляется за счет внешних источников энергии. Либо кинетической энергии подлежащего очистке газового потока, выходящего из дымовых труб, либо требуется специальный вентилятор, который бы обеспечивал прокачку очищаемого газового потока от примесей.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы фильтра.

Для достижения заявленной цели фильтр очистки газового потока, содержащий пористый осадительный электрод, установленный между входным и выходным отверстиями вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолированно смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания, снабжен отражателем, выполненным в виде расширяющейся к выходному отверстию закрытой полости, установленной с внешней стороны вдоль осадительного электрода; снабжен устройством генерации мелкодисперсных капель жидкости, выход которого соединен с входным отверстием фильтра.

Предлагаемое техническое решение позволяет использовать кинетическую энергию ионного ветра, возникающего в системе коронирующего электрода, установленного с зазором относительно осадительного электрода, для прокачки очищаемого газа через полость фильтра, увеличивая тем самым объем очищаемого газа, проходящего в единицу времени через фильтр, и увеличивает его эффективность. Кроме того, мелкодисперсные капли жидкости, поступающие на входе в фильтр, смешиваются с очищаемым газом. В области разрядного промежутка коронного разряда электрически заряженные аэрозоли, в том числе и мелкодисперсные собираются на каплях, которые, увлекаемые ионным ветром, движутся к заземленному пористому осадительному электроду. Электрически заряженные капли с захваченными аэрозолями осаждаются на поверхности заземленного осадительного электрода, что обеспечивает увеличение интенсивности очистки газа.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого фильтра.

Фильтр включает в себя коронирующий электрод 1, соединенный с источником высокого напряжения (не показан). Конструктивные схемы выполнения коронирующего электрода 1 и подвода к нему высокого напряжения могут быть самыми различными и широко освещены в литературе (см., например, патенты РФ №2002510 по кл. В03С 3/38, №2008100, 2001687 по кл В03С 3/41 и др.). На фиг.1 коронирующий провод 1 представлен в виде провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленного на токоподводящем кронштейне 2, установленном на изоляторах 3, закрепленных на кронштейнах 4 с зазором относительно осадительного электрода 5. Поверхность осадительного электрода 5 выполнена пористой, открытые поры которой содержат каналы, проходящие от оси конструкции с выходом наружу в периферийной его части. Размер пор желательно выполнять размером более 0,1 мкм, что позволяет потоку очищаемого газа беспрепятственно проходить вовнутрь осадительного электрода и избежать образования пристеночного слоя потока очищаемого газа. В качестве пористого электрода может служить обыкновенная сетка. Сетка может быть выполнена из электропроводной проволоки. С целью предупреждения коррозии проволока может быть выполнена из нержавеющей стали либо покрыта антикоррозионным покрытием. С целью снижения вероятности закупоривания пор проволока может быть покрыта специальным гидрофобным материалом. Размер ячеек и количество слоев сетки определяются конкретно для каждой конструкции фильтра в зависимости от типа очищаемого газа, от сепарируемых аэрозолей. При этом учитывается и увеличение сопротивления прохождения очищаемого газа через осадительный электрод и вероятность забивания ячеек аэрозолями, сепарируемыми от очищаемого газа. Капиллярно-пористые материалы известны из литературы (см., например, http://itp.uran.ru/kpm.htm, http://www.pmi.basnet.by/structure/branch2-27.php), пористая металлокерамика, см., например, http://resti.udmnet.ru/f_gazez.htm и прочие материалы с открытыми порами, т.е. порами, выходящими на внутреннюю поверхность конструкции. В отмеченных источниках указывается, что известны различные методы изготовления пористых материалов с заранее заданной пористостью. Что позволяет выполнить заземленную конструкцию предлагаемого устройства на основе известных методов из известных материалов. С внешней стороны осадительного электрода 5, с зазором относительно осадительного электрода 5 вдоль его наружной поверхности, от входного отверстия фильтра с расширением до выходного отверстия фильтра, установлен отражатель 6. Конструктивное выполнение отражателя 6 может быть различным: коническим, пирамидальным и пр. Главное, чтобы поверхность отражателя была установлена под углом α к оси осадительного электрода, что позволяет отразить набегающий на него поток очищенного газа и направить его к выходному отверстию фильтра. В нижней части фильтра, у входного его отверстия пористый осадительный электрод 5 и внутренняя поверхность отражателя 6 вставлены в основание фильтра со сборником конденсата 7 с дренажным отверстием 8.

В нижней части фильтра у его основания 7 установлено устройство генерации мелкодисперсных капель жидкостей 9, выходные отверстия которого 10 установлены в кольцевом коллекторе 11 у входного отверстии фильтра.

Фильтр работает следующим образом.

Подлежащий очистке газ, проходя через коллектор 11 с выходными отверстиями 10 капель жидкости (направление обозначено стрелкой с буквой A), смешивается с каплями жидкости, выходящими в поток из устройства генерации мелкодисперсных капель 9 (направление D) и через входное отверстие фильтра попадает в разрядную область между коронирующим электродом 1 и осадительным электродом 5. В разрядном промежутке аэрозольные частицы и капли жидкости получают электрический заряд. Вследствие заряжания капель жидкости и аэрозольных частиц интенсифицируются процессы электрической коагуляции, в результате которой мелкодисперсные аэрозольные частицы захватываются каплями жидкости. Электрически заряженные капли жидкости, вовлекаемые ионным ветром, возникающим от коронирующего электрода 1 к осадительному электроду 5, проходя через поры осадительного электрода, осаждаются на его заземленной поверхности. По мере увеличения количества осажденных капель они укрупняются и под действием силы тяжести стекают по поверхности осадительного электрода вниз в сборник конденсата 7. Очищенный от капель жидкости газ проходит через пористый осадительный электрод, отражается от отражателя 6 и устремляется к выходному отверстию фильтра (направление В). Вследствие отражения ионного ветра от поверхности отражателя 6 и направления его к выходному отверстию формируется подсос очищаемого газового потока, т.е. прохождение очищаемого потока через фильтр обеспечивается энергией ионного ветра. Таким образом, предлагаемая конструкция фильтра использует энергию ионного ветра дополнительно в качестве вентилятора и обеспечивает прохождение дополнительного газового потока по сравнению с известными устройствами, что повышает эффективность работы фильтра. Вследствие снабжения фильтра дополнительным устройством генерации мелкодисперсных капель конструкция предлагаемого фильтра обеспечивает очистку газа от самых малых субмикронных частиц. В экспериментах, проведенных с участием авторов, путем формирования водного тумана в объеме очищаемого газа обеспечивалась очистка газа во всем спектре частиц, включая нанометровый диапазон.

Таким образом, предлагаемая конструкция электрофильтра благодаря предложенной неизвестной ранее новой совокупности отличительных признаков позволяет увеличить объем прокачиваемого через фильтр очищаемого газа и обеспечить сепарацию мелких субмикронных частиц, что позволяет обеспечить повышение эффективности работы фильтра и достичь цели предлагаемого изобретения.

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики для фильтрации потока от содержащихся в нем аэрозольных частиц, в том числе и субмикронных. Фильтр содержит пористый осадительный электрод, установленный между входным и выходным отверстиями вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолированно смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания, и отражатель, выполненный в виде расширяющейся к выходному отверстию закрытой полости, установленный с внешней стороны вдоль осадительного электрода. Фильтр может быть снабжен устройством генерации мелкодисперсных капель жидкости, выход которого соединен с входным отверстием фильтра. Изобретение использует энергию ионного ветра для прокачки очищаемого газового потока через фильтр. Мелкодисперсные капли жидкости в электрическом поле коронного разряда собирают на себя аэрозольные частицы, в том числе и субмикронные, что обеспечивает более эффективную очистку. Очищаемый газовый поток энергией ионного ветра прокачивается через пористый осадительный электрод. Капли жидкости улавливаются поверхностью пористого электрода, а очищенный газ, отражаясь от поверхности отражателя, выходит из фильтра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фильтр очистки газового потока, содержащий пористый осадительный электрод, установленный между входным и выходным отверстием вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно которого, со стороны очищаемого газового потока, электрически изолированно смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания, отличающийся тем, что снабжен отражателем, выполненным в виде расширяющейся к выходному отверстию закрытой полости, установленной с внешней стороны вдоль осадительного электрода.

2. Фильтр очистки газового потока по п.1, отличающийся тем, что снабжен устройством генерации мелкодисперсных капель жидкости, выход которого соединен с входным отверстием фильтра.