Вихревая камера для очистки газов Российский патент 2024 года по МПК F23G7/06 

Изобретение относится к организации сжигания топлив, в том числе низкосортных, и может использоваться в печах и топках котлов. Вихревая камера представляет собой печь, в которой происходит очистка газов. Вихревые камеры могут использоваться как самостоятельные устройства для очистки не сильно загрязненных газов, или в составе установок для утилизации отходов, как промежуточная печь.

Из авторского свидетельства СССР №904790 на изобретение известна вихревая камера для создания устойчивого центробежного кипящего слоя твердых частиц диаметром от 1мм до 10 мм, содержащая ресивер, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, профилированные торцовые крышки и цилиндрический направляющий аппарат с тангенциальными отверстиями, при этом с целью повышения надежности и экономичности, ширина отверстий направляющего аппарата составляет не более 80% диаметра частиц центробежного кипящего слоя, расстояние между кромками соседних отверстий не превышает ширины отверстий, а толщина направляющего аппарата более, чем вдвое превышает ширину отверстий.

Недостатком камеры, известной из АС СССР №904790, является ее низкая эффективность.

Из патента РФ №88422 на полезную модель известна печь для обжига вихревая мелкодисперсных материалов, состоящая из вихревой камеры для обжига мелкодисперсного материала, двух улиток: верхней и нижней для подачи газа-теплоносителя и создания вихревых потоков, узла загрузки материала и узла выгрузки, расположенных в нижней улитке для цикличной загрузки и выгрузки материала, трубы для выпуска газа, проходящей через верхнюю улитку из середины вихревой камеры, при этом улитки, труба, устройство для выгрузки расположены соосно.

Недостатком печи, известной из патента РФ №88422 является низкая эффективность, сложность конструкции, обусловленная наличием улиток.

Печь по патенту РФ №88422 выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - создание вихревой камеры, простой по конструкции и эффективной.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности при упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что в вихревой камере, содержащей корпус, верхний и нижний патрубки, конструктивные элементы, обеспечивающие вихревой поток газа внутри камеры, согласно изобретению корпус камеры выполнен цилиндрическим, внутри корпуса вверху и внизу установлены и закреплены горизонтально плоские диски - электроды, соединенные с источником питания и имеющие разную полярность, в верхнем диске - электроде выполнены сквозные отверстия, расположенные с одной стороны диска, в нижнем диске - электроде выполнены сквозные отверстия, расположенные с противоположной диска по отношению к отверстиям верхнего диска - электрода, в нижней части корпуса под нижним диском - электродом размещен нижний патрубок для подачи очищаемых газов, в верхней части с противоположной стороны корпуса по отношению к нижнему патрубку над верхним диском - электродом расположен верхний патрубок для отвода очищенных газов.

Корпус камеры выполнен тепло- и электро- изолированным.

Диаметр отверстий в дисках - электродах составляет от 50 до 200 мм.

Источником питания является электрический генератор.

Электромагнитное поле обеспечено при параметрах электрического генератора:

- Напряжение на входе генератора 300 В;

- Частота импульсов f=1…2000 Гц;

- Амплитуда напряжения импульса не более 10 кВ;

- Количество электричества в импульсе не более 0,003 Кл;

- Длительность импульса до 0,1 с.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено продольное сечение заявляемой вихревой камеры.

На фиг. 2 показано поперечное сечение А-А заявляемой вихревой камеры над нижним диском - электродом

На фиг. 3 показано поперечное Б-Б заявляемой вихревой камеры над верхним диском - электродом.

Позиции на фигурах:

1 - корпус;

2 - нижний патрубок;

3 - верхний патрубок;

4 - верхний диск-электрод;

5 - нижний диск-электрод;

6 - источник питания (электрический генератор);

7 - сквозные отверстия в верхнем диске-электроде;

8 - сквозные отверстия в нижнем диске-электроде;

Заявляемая вихревая камера содержит корпус 1, нижний 2 и верхний 3 патрубки; корпус 1 камеры выполнен цилиндрическим; внутри корпуса 1 вверху и внизу установлены и закреплены горизонтально плоские диски - электроды 4, 5, соединенные с источником питания 6 и имеющие разную полярность; в верхнем диске - электроде 4 выполнены сквозные отверстия 7, расположенные с одной стороны диска 4; в нижнем диске - электроде 5 выполнены сквозные отверстия 8, расположенные с противоположной диска 5 по отношению к отверстиям 7 верхнего диска - электрода 4; в нижней части корпуса 1 под нижним диском - электродом 5 размещен нижний патрубок 2 для подачи очищаемых газов; в верхней части с противоположной стороны корпуса 1 по отношению к нижнему патрубку 2 над верхним диском - электродом 4 расположен верхний патрубок 3 для отвода очищенных газов. Корпус 1 камеры выполнен тепло- и электро- изолированным, например, корпус выполнен из футеровочного материала.

Известно, что для улучшения очистки газов, применяют средства, повышающие скорость потока газов, применяют воздействие электромагнитного поля.

Скорость потока газа повышается в результате его завихрения, закручивания.

В заявляемой вихревой камере закручивание, завихрение потока газа обеспечивается тем, что отверстия 7 и 8 расположены по отношению друг к другу с противоположных сторон дисков 4 и 5 (соответственно, с противоположных сторон корпуса 1). Кроме того, патрубки 9 и 10 также расположены с противоположных сторон корпуса 1.

Поток газа, подлежащий очистке, поступает в корпус 1 через патрубок 9 под диск 5 и через отверстия 8 газ поступает во внутреннюю полость корпуса 1. Далее газ стремится двигаться по направлению к отверстиям 7 верхнего диска 4, отклоняясь вбок от зоны над отверстиями 8. Соударяясь со стеной корпуса 1, поток газа отклоняется в противоположную сторону и т.д., происходит спиралевидное движение потока газа во всем объеме корпуса 1, поток газа завихряется, закручивается, увеличивая в процессе такого сложного движения свою скорость. При этом завихрение потока газа обеспечивается конструктивными элементами, имеющими простую конструкцию - в виде дисков 4, 5 (в отличие от наиболее близкого аналога, в котором завихрение потока газа обеспечивается конструктивными элементами, имеющими сложную форму - улитками) со сквозными отверстиями7, 8.

Известно, что не до конца сгоревшие, очищенные дымовые газы содержат помимо газовой фазы, также недосгоревшие взвешенные частицы отходов.

Из патента РФ №2798552 на изобретение известно, что вихревое движение газов улучшает контакт между газовой и твердой фазами и интенсифицирует процессы пиролиза и дожигания пиролизного остатка.

Также из патента РФ №2688990 на изобретение известно, что турбулентность газовых потоков приводит к интенсификации тепло - и массообменных процессов.

Из патента РФ №2667985 известно, что сильно закрученный вихревой эффект внутри реакционной камеры способствует высокоэффективной высокоскоростной глубокой термической деструкции частиц сырья.

Из патента РФ №125678 на полезную модель известно, что вихревой поток обеспечивает более стабильное горение сырья и процесс дожига продуктов горения протекает с большей интенсивностью.

В процессе движения частиц в турбулентном потоке, они соударяются со стенками камеры, при этом, чем выше скорость, тем сильнее такое соударение, в процессе которого частицы разрушаются. Следовательно, высокая скорость турбулентного потока дымовых газов способствует их более эффективной деструкции, очистке.

Помимо увеличения скорости потока газа диски 4, 5 обеспечивают создание в объеме корпуса 1 электромагнитного поля, способствующего очистке газов. Для этого диски 4, 5 подключают к источнику питания (например, генератор) и обеспечивают их разную полярность.

Эффективное воздействие на очистку газов в заявляемой вихревой камере обеспечивается при следующих параметрах электрического генератора:

- Напряжение на входе генератора 300 В.

- Частота импульсов f=1…2000 Гц.

- Амплитуда напряжения импульса не более 10 кВ.

- Количество электричества в импульсе не более 0,003 Кл.

- Длительность импульса до 0,1 с.

Эффективная работа заявляемой камеры обеспечивается при диаметрах отверстий в дисках 4, 5 в диапазоне от 50 до 200 мм. При диаметре отверстий менее 50 мм будет иметь место торможение потока газа, при отверстиях с диаметром более 200 мм будет иметь место «распыление» потока газа.

Влияние электромагнитного поля на очистку газов известно, например из источника Е.С. Пикалев «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», учебное пособие, Владимирский государственный университет, Владимир, 2015 г., УДК 628.5, ББК 201, П32, стр. 54:

«Электрическая очистка газов от твердых и жидких частиц позволяет получить самую высокую чистоту газа (90-99%) и дает возможность проводить очистку при высоких температурах и в химически агрессивных средах. Этот способ основан на пропускании газового потока между двумя электродами, создающими постоянное электрическое поле.

При этом свободные заряды (ионы и электроны), находящиеся в газе, начинают двигаться по силовым линиям поля со скоростью, зависящей от напряженности поля. Сталкиваясь с нейтральными газовыми молекулами, свободные заряды расщепляют их на ионы и свободные электроны, которые также способны при своем движении расщеплять другие молекулы».

Также из источника 1 (https://msd.com.ua/processy-i-apparaty-upakovochnogo-proizvodstva/ochistka-gazov-v-elektricheskom-pole/) известно, что «Осаждение дисперсных твердых и жидких частиц в электрическом поле (электроосаждение) позволяет эффективно очистить газ от очень мелких частиц. Оно основано на ионизации молекул газа электрическим разрядом. Если газ, содержащий свободные заряды (электроны и ионы), поместить между двумя электродами, создающими постоянное электрическое поле, то свободные заряды начнут двигаться по силовым линиям поля. Скорость движения и кинетическая энергия будут определяться напряженностью электрического поля. При повышении разности потенциалов до нескольких десятков киловольт кинетическая энергия ионов и электронов становится достаточной для того, чтобы они сталкивались с нейтральными газовыми молекулами, расщепляли их на ионы и свободные электроны. Вновь образовавшиеся заряды при своем движении также ионизируют газ. В результате образование ионов происходит лавинообразно, газ полностью ионизируется. Такую ионизацию называют Ударной.

Образовавшиеся в области «короны» положительные ионы движутся к коронирующему электроду и нейтрализуются на нем. Отрицательные ионы и свободные электроды перемещаются к осадительному электроду. Соприкасаясь со встречными пылинками и капельками, находящимися в газе, они сообщают им свой заряд и увлекают их к осадительному электроду. В результате дисперсные частицы оседают на этом электроде. Некоторая, очень небольшая, часть дисперсных частиц, столкнувшихся с положительно заряженными ионами в области «короны» (сечение которой значительно меньше сечения межэлектродного пространства), оседает на коронирующем электроде».

Заявляемая вихревая камера работает следующим образом.

Газ, подлежащий очистке, поступает через патрубок 2 и далее через отверстия 8 диска 5 во внутреннюю полость корпуса 1, далее газ двигается по спирали вверх к отверстиям 7 диска 4 на выход через патрубок 3. Вихревое движение газа происходит в электромагнитном поле, обеспечивающем дополнительную очистку газа.

Степень очистки газа (оцениваемой по чистоте поступающего и выходящего газа) составляет не менее 95%.

При этом эффективность заявляемой вихревой камеры оценивается на 12-15% выше, чем камеры по наиболее близкому аналогу. Эффективность камеры оценивалась по времени, в течение которого обеспечивалась одинаковая степень очистки газа и более низкому содержанию вредных веществ (на 5…12%).

Изобретение относится к организации сжигания топлив, в том числе низкосортных, и может использоваться в печах и топках котлов. Технический результат - повышение эффективности при упрощении конструкции. Вихревая камера для очистки газов содержит корпус, нижний и верхний патрубки, конструктивные элементы, обеспечивающие вихревой поток газа внутри камеры. Корпус камеры выполнен цилиндрическим. Конструктивные элементы, обеспечивающие вихревой поток газа внутри камеры, установлены горизонтально снизу и сверху внутри корпуса и выполнены в виде плоских дисков-электродов со сквозными отверстиями, соединенных с источником питания и имеющих разную полярность. Сквозные отверстия верхнего диска-электрода расположены с одной стороны диска-электрода, а сквозные отверстия нижнего диска-электрода расположены с противоположной стороны диска-электрода по отношению к отверстиям верхнего диска-электрода. В нижней части корпуса под нижним диском-электродом размещен нижний патрубок для подачи очищаемых газов, в верхней части с противоположной стороны корпуса по отношению к нижнему патрубку над верхним диском-электродом расположен верхний патрубок для отвода очищенных газов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихревая камера для очистки газов, содержащая корпус, нижний и верхний патрубки, конструктивные элементы, обеспечивающие вихревой поток газа внутри камеры, отличающаяся тем, что корпус камеры выполнен цилиндрическим, а конструктивные элементы, обеспечивающие вихревой поток газа внутри камеры, установлены горизонтально снизу и сверху внутри корпуса и выполнены в виде плоских дисков-электродов со сквозными отверстиями, соединенных с источником питания и имеющих разную полярность, при этом сквозные отверстия верхнего диска-электрода расположены с одной стороны диска-электрода, а сквозные отверстия нижнего диска-электрода расположены с противоположной стороны диска-электрода по отношению к отверстиям верхнего диска-электрода, в нижней части корпуса под нижним диском-электродом размещен нижний патрубок для подачи очищаемых газов, в верхней части с противоположной стороны корпуса по отношению к нижнему патрубку над верхним диском-электродом расположен верхний патрубок для отвода очищенных газов.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что корпус камеры выполнен тепло- и электроизолированным.

3. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр отверстий в дисках-электродах составляет от 50 до 200 мм.

4. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что источником питания является электрический генератор.

5. Камера по п. 4, отличающаяся тем, что электромагнитное поле обеспечено при параметрах электрического генератора:

- напряжение на входе генератора 300 В;

- частота импульсов f=1-2000 Гц;

- амплитуда напряжения импульса не более 10 кВ;

- количество электричества в импульсе не более 0,003 Кл;

- длительность импульса до 0,1 с.