СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 2015 года по МПК B03C3/40 

Изобретение относится к способам очистки газов в электрофильтрах и может быть использовано в металлургической, химической, энергетической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому объекту является выбранный в качестве прототипа способ очистки газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра при пропускании очищаемых газов через газовые каналы электрофильтра, образованные осадительными электродами с установленными между ними коронирующими электродами. При этом взвешенные в газах частицы электрически заряжают в поле коронного разряда, организованном в межэлектродном пространстве электрофильтра между осадительными и коронирующими электродами и воздействуют на эти заряженные частицы сильным электрическим полем между электрически разноименными осадительными и коронирующими электродами. Под воздействием сил электрического поля заряженные частицы перемещают в направлении к осадительным электродам, имеющим потенциал, противоположный потенциалу заряженных частиц, на которых они и осаждаются. Уловленные частицы удаляются с осадительных электродов в бункер электрофильтра, а очищенные газы отводятся из электкрофильтра (Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, В.А. Вальдберг, Б.И. Мягков и др; Под общ. ред. А.А. Русанова. - М., 1983. - С. 198, 199).

У предлагаемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки: оба способа включают очистку газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра при пропускании очищаемых газов через газовые каналы электрофильтра, образованные осадительными электродами с установленными между ними коронирующими электродами.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины.

В прототипе очистка газов происходит за счет воздействия на заряженные частицы сил электрического поля, при этом движение очищаемых газов в электрофильтре имеет турбулентный характер.

Турбулентное движение газов характеризуется вихревыми образованиями и турбулентными пульсациями в них.

По естественным причинам, обусловленным как движущимися газами, так и турбулентными пульсациями в них, в движущихся газах присутствуют аэродинамические силы газового потока, действие которых, соответственно, распространяется и на движущиеся с газами улавливаемые частицы.

Таким образом, на улавливаемые частицы в межэлектродном пространстве (в газовом канале) электрофильтра кроме электрических сил действуют также и аэродинамические силы движущихся газов и турбулентных пульсаций в них. При этом в прототипе эффект положительного влияния турбулентных пульсаций (и аэродинамических сил газового потока как таковых) на процесс улавливания частиц практически не работает, так как время взаимодействия в электрическом поле в приэлектродной (осадительный электрод) области электрически заряженных частиц с электрическим потенциалом осадительных электродов сведено к минимуму, в связи с относительно высокой, по сравнению со скоростью движения заряженных частиц под действием сил электрического поля, скоростью движения газового потока (и турбулентных пульсаций в нем) относительно осадительных электродов. В результате практически все частицы, подводимые к осадительным электродам турбулентными пульсациями газового потока, не успевают осесть на электродах и под воздействием тех же сил турбулентных пульсаций отводятся обратно от осадительных электродов к центральной области межэлектродного пространства. Лишь незначительная часть частиц, оказавшихся в непосредственной близости (в пограничном слое газа) к поверхности осадительных электродов, под действием сил электрического поля успевает осесть на электродах. Все это приводит к тому, что способ по прототипу характеризуется недостаточно высокой эффективностью очистки газов.

В основу предлагаемого объекта поставлена задача создать такой способ очистки газов, в котором усовершенствования путем введения новых действий и новых параметров их осуществления позволят при использовании предлагаемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки газов в электрофильтре.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра при пропускании очищаемых газов через газовые каналы электрофильтра, образованные осадительными электродами с установленными между ними коронирующими электродами, согласно предлагаемому техническому решению, очищаемые газы дополнительно эжектируют из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно через осадительные электроды, которые выполнены газопроницаемыми, при этом эжектирование осуществляют через живое сечение газопроницаемых осадительных электродов, которое устанавливают исходя из выражения:

0,1≤K_s≤0,4,

где K_s - отношение суммарной площади живого (проходного) сечения отверстий на проекционной поверхности газопроницаемого осадительного электрода к площади его проекционной поверхности.

В отдельных случаях использования предлагаемый способ может характеризоваться тем, что эжектирование осуществляют через газопроницаемые осадительные электроды, которые выполнены объемными, при этом объемность устанавливают исходя из выражения:

K_v≤0,3,

где K_v - отношение объема газопроницаемого объемного осадительного электрода к объему газового канала электрофильтра.

При использовании предлагаемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки газов в электрофильтре.

Между совокупностью существенных признаков предлагаемого объекта и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.

Осуществление при очистке газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра дополнительного, за счет взаимодействия между собой потоков газа в смежных каналах с газопроницаемыми осадительными электродами, эжектирования очищаемых газов из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно через газопроницаемые осадительные электроды с предлагаемым живым сечением осадительных электродов (параметр K_s) позволяет обеспечить наиболее эффективное воздействие на заряженные частицы в очищаемых газах (по направлению к поверхности осадительных электродов) как сил электрического поля, так и, одновременно с ними, аэродинамических сил потоков газов в газовых каналах электрофильтра путем организации перетоков очищаемых газов через живое сечение газопроницаемых осадительных электродов из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно. В результате, за счет многократности перетока газов с содержащимися в них заряженными частицами из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно, значительно возрастает время пребывания заряженных частиц в непосредственной близости к поверхности осаждения осадительных электродов, что увеличивает вероятность их контакта с осадительными электродами и, таким образом, обеспечивает повышение эффективности очистки газов в электрофильтре в целом.

Осуществление при очистке газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра эжектирования очищаемых газов из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно через газопроницаемые осадительные электроды в объемном исполнении (параметр K_v) и с живым сечением (параметр K_s), в соответствии с предлагаемыми выражениями, позволяет обеспечить дополнительное увеличение продолжительности пребывания очищаемых газов с содержащимися в них заряженными частицами в непосредственной близости к увеличенной, за счет объемности, поверхности осаждения осадительных электродов, что, в свою очередь, способствует дополнительному повышению эффективности осаждения взвешенных в газах частиц на поверхности газопроницаемых объемных осадительных электродов и, таким образом, способствует дополнительному повышению эффективности очистки газов в электрофильтре в целом.

За счет предлагаемого эжектирования обеспечиваются перетоки очищаемых газов между смежными каналами электрофильтра, что позволяет для очистки газов использовать как силы электрического поля в межэлектродном пространстве, определяющие “электрическую составляющую” скорости движения заряженных частиц к осадительным электродам, так и, дополнительно, аэродинамические силы газового потока, определяющие “аэродинамическую составляющую” скорости движения заряженных частиц к осадительным электродам, что в результате повышает общую скорость движения заряженных частиц к осадительным электродам и тем самым обеспечивает повышение эффективности очистки газов в электрофильтре в целом.

Проходные отверстия в газопроницаемом (плоском) осадительном электроде или газопроницаемом объемном осадительном электроде определяют живое сечение (параметр K_s) осадительного электрода, а сами отверстия размещают равномерно на его проекционной поверхности. При этом в некоторых случаях, в зависимости от технологических и аэродинамических особенностей, возможно отклонение от равномерного размещения отверстий.

Эжектирование очищаемых газов через живое сечение газопроницаемых осадительных электродов, которое устанавливают исходя из условия 0,1≤K_s≤0,4 (при неизменных длине, высоте и ширине газовых каналов электрофильтра), обеспечивает свободный переток очищаемых газов через осадительные электроды из одного газового канала в другой смежный канал и обратно, так как при этом условии аэродинамическое сопротивление осадительных электродов перетокам очищаемых газов является оптимальным, что позволяет продлить время пребывания заряженных частиц в непосредственной близости к осадительным электродам за счет многократности перетоков из канала в канал и обратно и тем самым обеспечивает наиболее эффективное. осаждение этих частиц. Все это способствует повышению эффективности очистки газов в электрофильтре.

При K_s<0,1 (живое сечение осадительного электрода составляет менее 10% от площади его проекционной (фронтальной) поверхности) за счет запредельного увеличения аэродинамического сопротивления газопроницаемого осадительного электрода перетокам через него очищаемых газов из одного газового канала в другой произойдет снижение интенсивности этих перетоков, что не позволит повысить эффективность очистки газов в электрофильтре. При этом одновременно возрастает вероятность зарастания живого сечения (проходных отверстий) газопроницаемого осадительного электрода слоем осевших частиц (при очистке газов от твердых частиц), что дополнительно обусловит уменьшение живого сечения и газопроницаемости электрода, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности очистки газов в электрофильтре.

При K_s>0,4 площадь осаждения осадительного электрода за счет запредельного увеличения площади его живого сечения уменьшится настолько, что это приведет к недопустимому снижению эффективности очистки газов в электрофильтре, а одновременное снижение аэродинамического сопротивления электрода в свою очередь обусловит нарушение равномерности перетоков очищаемых газов через осадительный электрод из канала в канал вдоль его длины и сократит время пребывания очищаемых газов и взвешенных в них заряженных частиц вблизи уменьшенной поверхности осаждения осадительного электрода, что также приведет к снижению эффективности очистки газов в электрофильтре.

Определение объемности газопроницаемых объемных осадительных электродов, исходя из предлагаемого выражения K_v≤0,3, способствует дополнительному увеличению поверхности осаждения осадительных электродов, увеличению времени пребывания заряженных частиц в непосредственной близости к осадительным электродам (с развитой за счет объемности поверхностью осаждения) и их более эффективному осаждению, а также обеспечивает достижение максимальной зарядки взвешенных частиц в межэлектродном пространстве электрофильтра, что в целом обеспечивает дополнительное повышение эффективности очистки газов в электрофильтре. Объемность газопроницаемых осадительных электродов усиливает положительный эффект от использования предлагаемого способа.

При K_v>0,3 произойдет уменьшение объема межэлектродного пространства в газовых каналах электрофильтра (при неизменных габаритах электрофильтра) между газопроницаемыми объемными осадительными электродами с сильным электрическим полем и коронным разрядом, в котором осуществляется эффективная зарядка взвешенных частиц и, соответственно, уменьшение объема очищаемых газов с улавливаемыми частицами, находящихся в этом пространстве газового канала (некоторая часть объема очищаемых газов в процессе их перетоков между каналами находится внутри объемного осадительного электрода, т.е. в области слабой зарядки), что в свою очередь обусловит недозарядку части улавливаемых частиц и приведет к снижению эффективности очистки газов в электрофильтре.

В конкретном примере предлагаемый способ осуществляли следующим образом. Отходящие от технологического агрегата газы с содержащимися в них взвешенными частицами пыли направляли на очистку в электрофильтр. Очистку осуществляли в электрическом поле электрофильтра путем пропускания газов через газовые каналы электрофильтра, которые образованы заземленными осадительными электродами с установленными между ними по осям газовых каналов высоковольтными коронирующими электродами. В электрофильтре использовали осадительные электроды, которые были выполнены газопроницаемыми с живым сечением, при котором отношение суммарной площади живого (проходного) сечения отверстий на проекционной поверхности газопроницаемого осадительного электрода к площади его проекционной поверхности составляло 0,25 (параметр K_s), и объемными, в которых отношение объема газопроницаемого объемного осадительного электрода к объему газового канала электрофильтра составляло 0,1 (параметр K_v).

В процессе движения очищаемых газов по газовым каналам частицам пыли, содержащимся в газах и подлежащим улавливанию, сообщали электрический заряд в поле коронного разряда, которое организовано в межэлектродном пространстве электрофильтра, и воздействовали на эти заряженные частицы сильным электрическим полем, создаваемым между газопроницаемыми объемными осадительными электродами и коронирующими электродами.

Кроме того, под воздействием аэродинамических сил турбулентных пульсаций потока очищаемых газов и сил электрического поля заряженные частицы перемещали в направлении к осадительным электродам. Одновременно с этим очищаемые газы с заряженными частицами в смежных газовых каналах электрофильтра, за счет взаимодействия потоков газов между собой через живое сечение газопроницаемых объемных осадительных электродов, эжектировали из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно, перемещая при этом заряженные частицы к осадительным электродам и далее, за счет эжектирования, внутри осадительных электродов. При этом заряженные частицы заводили в газопроницаемые объемные осадительные электроды, с одной стороны, под воздействием сил электрического поля и аэродинамических сил турбулентных пульсаций потока очищаемых газов в одном газовом канале, а с другой стороны, под воздействием сил, возникающих в результате эжектирования очищаемых газов из этого канала в смежный с ним другой газовый канал и обратно через живое сечение осадительных электродов, что обеспечивало значительное увеличение времени пребывания заряженных частиц в электрическом поле вблизи осадительных электродов с развитой, за счет объемности, поверхностью осаждения.

При таком увеличении времени пребывания в зоне действия электрического поля вблизи осадительных электродов заряженные частицы, подводимые к осадительным электродам турбулентными пульсациями газового потока, перетоками очищаемых газов через газопроницаемые осадительные электроды и силами электрического поля в межэлектродном пространстве, успевали оседать на осадительных электродах.

Таким образом, за счет эжектирования обеспечивали многократное приближение заряженных частиц, содержащихся в газах, к поверхности осадительных электродов при перетоке газов из одного газового канала в другой и обратно. Значительное увеличение времени пребывания заряженных частиц пыли вблизи осадительных электродов (параметр K_s=0,25), с одной стороны, и увеличенная за счет объемности (параметр K_v=0,1) поверхность осаждения газопроницаемых объемных осадительных электродов, с другой стороны, способствовали существенному возрастанию эффективности осаждения заряженных частиц на осадительных электродах, что способствовало повышению эффективности очистки газов в электрофильтре в целом.

Уловленные частицы удалялись с осадительных электродов в бункер электрофильтра, а очищенные газы отводились из электрофильтра.

Изобретение относится к способам очистки газов в электрофильтрах и может быть использовано в металлургической, химической, энергетической и других отраслях промышленности. При осуществлении способа очищаемые газы пропускают через газовые каналы электрофильтра, образованные газопроницаемыми осадительными электродами с установленными между ними коронирующими электродами Очищаемые газы эжектируют из одного газового канала в смежный с ним канал и обратно через осадительные электроды, которые выполнены объемными. Живое сечение и объемность электродов устанавливают из математических выражений. Повышается эффективность очистки газов.

Способ очистки газов от взвешенных в них частиц в электрическом поле электрофильтра при пропускании очищаемых газов через газовые каналы электрофильтра, образованные газопроницаемыми осадительными электродами с установленными между ними коронирующими электродами, отличающийся тем, что очищаемые газы дополнительно эжектируют из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно через газопроницаемые осадительные электроды, которые выполнены объемными, при этом эжектирование осуществляют через живое сечение газопроницаемых объемных осадительных электродов, которое устанавливают исходя из выражения:
0,1≤K₅≤0,4,
где K_s - отношение суммарной площади живого сечения отверстий на
поверхности газопроницаемого объемного осадительного электрода к площади его поверхности, а их объемность устанавливают исходя из выражения:
K_v≤0,3,
где Κ_v - отношение объема газопроницаемого объемного осадительного электрода к объему газового канала электрофильтра.