СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ МИКРОЧАСТИЦ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2017 года по МПК B01D35/06 B03C3/145 B03C3/40 

Описание патента на изобретение RU2612292C1

Изобретение относится к области очистки газа от пылевых заряженных частиц и может быть использовано в энергетике, в черной и цветной металлургии, цементной, атомной и в других отраслях промышленности.

Известны способы очистки газовой среды, основанные на эффекте коагуляции - укрупнении содержащихся в газах взвешенных частиц путем агломерации, т.е. соединения нескольких частиц в единый комплекс.

Так, известен способ очистки газов [Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Подготовка промышленных газов к очистке. М.: Химия, 1975, с. 49-50], в котором газовый поток с отрицательно заряженными частицами с малым удельным сопротивлением (102 Ом⋅м) пропускают через осадительные электроды, на которые подается постоянный положительный электрический потенциал. При столкновении с электродом частица быстро лишается своего заряда и приобретает положительный заряд. Если величина отталкивающей силы превышает силу молекулярного сцепления частицы с поверхностью электрода, эта частица отталкивается и попадает назад в газовый поток. В газовом потоке частица испытывает воздействие ионной бомбардировки и снова приобретает отрицательный заряд. Таким образом, частица снова начинает двигаться к осадительному электроду. Движение таких частиц носит скачкообразный характер, при этом происходит большое число столкновений между колеблющимися частицами, что приводит к их слипанию. При очистке газов от взвешенных частиц с большим удельным электрическим сопротивлением (2⋅108 Ом⋅м) возникает обратная корона: процесс, при котором с поверхности осадительных электродов выделяются положительные ионы и положительно заряженные частицы пыли, не успевшие разрядиться на осадительных электродах. Положительно заряженные частицы движутся навстречу отрицательно заряженным частицам, в результате чего происходит их агломерация.

Скоагулированные частицы попадают в циклон, где происходит их удаление из потока.

Недостатком описанного типа устройств является ограничение на удельное сопротивление частиц: до 102 Ом⋅м и выше 2⋅108 Ом⋅м, а также необходимость создания установок достаточной длины для обеспечения слипания всех частиц.

Существуют иные способы фильтрации, основанные на установке в газовом тракте блоков коронного разряда, где происходит зарядка частиц и их последующее осаждение на осадительных электродах.

Известен 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 заряжаются в поле коронного разряда, организованном в межэлектродном пространстве электрофильтра между осадительными и коронирующими электродами. Под воздействием сил электрического поля заряженные частицы перемещаются в направлении к осадительным электродам. Уловленные частицы принудительно удаляются с осадительных электродов в бункер электрофильтра, а очищенные газы отводятся из электрофильтра (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).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ очистки газов, принятый в качестве прототипа, основанный на принципе электростатической очистки воздуха [Патент RU 2544202 C1, B03C 3/40, заявл. 30.12.2013, опубл. 10.03.2015]. При данном 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, очищаемые газы дополнительно инжектируют из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно через осадительные электроды, которые выполнены газопроницаемыми, при этом инжектирование осуществляют через проходное сечение газопроницаемых осадительных электродов, которое устанавливают исходя из отношения суммарной площади проходного сечения отверстий на проекционной поверхности газопроницаемого осадительного электрода к площади его проекционной поверхности. В результате за счет многократности перетока газа с содержащимися в нем заряженными частицами из одного газового канала электрофильтра в смежный с ним другой газовый канал и обратно значительно возрастает время пребывания заряженных частиц в электрическом поле 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.

Общий недостаток указанных выше решений, основанных на принципе электростатической очистки воздуха, связан с наличием турбулентности воздушного потока вблизи поверхности осадительных электродов и ограниченным временем пребывания заряженных частиц вблизи осадительных электродов, с возможностью вторичного уноса заряженных частиц с осадительных электродов проходящим потоком очищаемого газа, а также необходимостью использования дополнительных устройств для очистки осадительных электродов и удаления пылевых частиц в приемный бункер.

В основу предлагаемого объекта поставлена техническая задача создать такой способ очистки газов, в котором путем введения новых действий и новых параметров их осуществления, позволит обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки газов путем объемного захвата заряженных частиц и дальнейшее бесконтактное удаление захваченных частиц из воздушного потока.

Согласно предлагаемому техническому решению заряженные частицы захватываются и удерживаются в объеме в переменном электрическом поле квадрупольного типа [В. Пауль. Электромагнитные ловушки для заряженных и нейтральных частиц. УФН. 1990. Том 160. Вып. 12. С. 109-127] без осаждения на электроды и удаляются из воздушного потока электрофильтра в приемный бункер под действием силы тяжести и дополнительного постоянного электрического поля без отключения воздушного потока и применения дополнительных механических устройств.

Технический результат достигается тем, что при данном способе удаления заряженных частиц из газового потока электрическим полем электрофильтра с целью захвата частиц используется неоднородное переменное электрическое поле квадрупольного типа, которое формирует линейную электродинамическую ловушку, ось которой перпендикулярна направлению газового потока и в которой происходит захват заряженных частиц без осаждения на электроды и удаление заряженных частиц из газового потока вдоль оси ловушки под действием силы тяжести и/или дополнительного постоянного электрического поля без отключения воздушного потока и применения дополнительных механических устройств.

Технический результат достигается тем, что при данном способе удаления взвешенных в газовом потоке заряженных частиц из объема линейной электродинамической ловушки Пауля в приемный бункер используется сила тяжести в случае вертикально ориентированной оси линейной электродинамической ловушки, под действием которой частицы опускаются вниз и осаждаются в приемный бункер. Для ускорения процесса осаждения частиц в приемный бункер может подаваться дополнительное вертикально ориентированное постоянное электрическое поле. В случае горизонтально ориентированной оси линейной электродинамической ловушки для осаждения частиц в приемный бункер необходимо подавать дополнительное горизонтально ориентированное электрическое поле, направленное таким образом, чтобы заряженные частицы двигались в направлении приемного бункера и осаждались в нем.

Таким образом, при прохождении потока газа с взвешенными заряженными частицами через линейную электродинамическую ловушку заряженные частицы захватываются в объеме линейной электродинамической ловушки Пауля. Захваченные частицы удаляются из объема ловушки под действием силы тяжести и дополнительного электрического поля в приемный бункер в процессе функционирования электрофильтра.

Вариант устройства для осуществления предлагаемого способа показан на фиг. 1. Устройство включает в себя корпус электрофильтра 1 и приемный бункер для сбора удаленных из газового потока частиц 2. Внутри корпуса вдоль его центральной оси установлены две пары одинаковых металлических электродов 3, 4 и 5, 6. Электроды 3-6 закреплены по углам квадрата, центр которого совпадает с центральной осью корпуса. Электрод 7 установлен внутри корпуса с противоположного торца относительно приемного бункера. Электрод 7 не соприкасается с электродами 3-6. Пары электродов 3, 4 и 5, 6 соединены с источником переменного напряжения через электрическую схему с возможностью осуществлять сдвиг по фазе на π; между парами: на электроды 3, 4 подается переменное напряжение Usin(ωt), на электроды 5, 6 подается напряжение -Usin(ωt). На электрод 7 подается постоянный потенциал V того же знака, что знак заряда частиц. На боковой поверхности электрофильтра расположены входной 8 и выходной 9 вентиляционные патрубки. Воздушный поток 10 с заряженными частицами 11 подается во входной вентиляционный патрубок. В выходной патрубок 9 выходит чистый воздушный поток 12. Устройства электропитания электродов на фиг. 1 не показаны.

Работа устройства предлагаемым способом происходит следующим образом: воздушный поток с заряженными взвешенными частицами поступает через входной вентиляционный патрубок внутрь устройства перпендикулярно оси линейной электродинамической ловушки, состоящей из электродов 3-6. Заряженные частицы вместе с потоком попадают в область между электродами электродинамической ловушки. Переменное электрическое поле квадрупольного типа во внутреннем объеме электродинамической ловушки создает силу Гапонова-Миллера [Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Механика. М.: Наука 1988, 215 с.], действующую на заряженные частицы и которая направлена к центральной оси линейной электродинамической ловушки. Под действием этой силы движение частиц в перпендикулярном оси направлении тормозится и частицы захватываются ловушкой между ее электродами. Для вывода частиц из газового потока на электрод 7 подается электрический потенциал того же знака, что и заряд частиц, за счет чего частицы начинают двигаться от электрода 7 в направлении приемного бункера 2. Таким образом происходит удаление частиц из воздушного потока. Воздушный поток без частиц выходит из выходного вентиляционного патрубка.

Данный способ был опробован для удаления положительно заряженных частиц из воздушного потока. На фиг. 2 показаны гистограммы распределения инжектированных и удаленных частиц по диаметрам dp при параметрах в эксперименте: скорость воздушного потока 30 см/с, электроды 3-6 представляли собой цилиндрические металлические стержни длиной 20 см и диаметром 4 мм. К электродам 3-6 прикладывалось напряжение амплитудой U=11.7 кВ и частотой f=100 и 200 Гц, потенциал на электроде 7 составлял 0,5 и 1 кВ.

Похожие патенты RU2612292C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ 2013
  • Ерошенко Виталий Григорьевич
RU2544202C1
СПОСОБ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОЙ УСТАНОВКИ 2017
  • Турсунов Нурбек Жумабекович
  • Турсунова Бану Нурбековна
  • Унайбаев Булат Жарылгапович
  • Турсунов Мейрам Жумабекович
  • Курмангалиева Кымбат Рахметуллаевна
  • Кузин Евгений Геннадьевич
  • Кулай Светлана Владимировна
RU2665583C1
Циклонно-пенный скруббер 1979
  • Богатых Семен Александрович
  • Каратаев Владимир Ефимович
  • Арсеньев Владимир Владимирович
  • Тарат Эммануил Яковлевич
  • Волкинд Анна Исааковна
SU822854A1
ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 2008
  • Едимичев Дмитрий Александрович
RU2383393C1
ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 1998
  • Баранов Леонтий Петрович
  • Голоднова Татьяна Станиславовна
RU2152262C1
СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ И/ИЛИ КАПЕЛЬ ВЕЩЕСТВА МИКРОННОГО И СУБМИКРОННОГО РАЗМЕРА ОТ ПОТОКА ГАЗА 2006
  • Гостеев Сергей Григорьевич
  • Колесников Александр Георгиевич
  • Маевский Владимир Александрович
  • Мельников Владислав Эдуардович
  • Понизовский Александр Залманович
  • Шутов Андрей Николаевич
RU2320422C1
Способ электрической очистки газов от пыли 1984
  • Андрусенко Е.Н.
  • Антонов М.В.
  • Баранов Л.П.
  • Верещагин И.П.
  • Ворожейкин А.П.
  • Данилин В.В.
  • Матюшенко Н.К.
  • Сахапов Г.З.
  • Скрипник Г.З.
SU1220195A1
ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 2000
  • Абдуллин А.Н.
  • Баранов Л.П.
  • Голоднова Т.С.
  • Кононенко В.П.
  • Кутузов П.И.
RU2179892C1
Электрофильтр 1974
  • Инюшкин Николай Васильевич
  • Стефаненко Валерий Тимофеевич
  • Яковенко Михаил Михайлович
SU525473A1
Электрофильтр 1986
  • Дуров Вадим Валентинович
  • Ещенко Леонтий Иванович
  • Вавилов Виталий Анатольевич
  • Шевцов Олег Анатольевич
  • Носков Андрей Васильевич
  • Шанин Святослав Васильевич
SU1416185A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 612 292 C1

Реферат патента 2017 года СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ МИКРОЧАСТИЦ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА

Изобретение относится к способам очистки газов и может быть использовано в энергетике, в черной и цветной металлургии, цементной, атомной и в других отраслях промышленности. Удаление заряженных микрочастиц из газового потока осуществляют электрическим полем электрофильтра. Для захвата микрочастиц используют переменное электрическое поле квадрупольного типа. Переменное поле формирует линейную электродинамическую ловушку, ось которой перпендикулярна направлению скорости газового потока. В ловушке происходит захват заряженных частиц без осаждения их на электроды и удаление захваченных частиц из газового потока вдоль оси ловушки под действием силы тяжести и/или дополнительного постоянного электрического поля. Обеспечивается увеличение степени очистки газа и упрощение системы сбора микрочастиц. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 612 292 C1

Способ удаления заряженных микрочастиц из газового потока электрическим полем электрофильтра, отличающийся тем, что для захвата заряженных частиц используется переменное электрическое поле квадрупольного типа, которое формирует линейную электродинамическую ловушку, ось которой перпендикулярна направлению скорости газового потока, в которой происходит захват заряженных частиц без осаждения их на электроды и удаление захваченных частиц из газового потока вдоль оси ловушки под действием силы тяжести и/или дополнительного постоянного электрического поля.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2612292C1

СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ 2013
  • Ерошенко Виталий Григорьевич
RU2544202C1
Пряжка для закрепления частей одежды и т.п. 1947
  • Семячкин И.М.
SU74582A1
RU 2002570 C1, 15.11.1993
US 20080296157 A1, 04.12.2008
В
ПАУЛЬ, Электромагнитные ловушки для заряженных и нейтральных частиц, Успехи физически наук, 1990, т
Счетная линейка для вычисления объемов земляных работ 1919
  • Раабен Е.В.
SU160A1
Способ гальванического снятия позолоты с серебряных изделий без заметного изменения их формы 1923
  • Бердников М.И.
SU12A1

RU 2 612 292 C1

Авторы

Лапицкий Дмитрий Сергеевич

Печеркин Владимир Яковлевич

Филинов Владимир Сергеевич

Василяк Леонид Михайлович

Владимиров Владимир Иванович

Депутатова Лидия Викторовна

Сыроватка Роман Александрович

Даты

2017-03-06Публикация

2015-10-26Подача