Электромагнитный фильтр Советский патент 1983 года по МПК B01D35/06 

Изобретение относится к устройствам для очистки среды (жидкой или га зообразной )от взвешенных феррома - нитных частиц и может найти применение в химической, металлургической, горнорудной, горнообогатительной и других отраслях промышленности. Известен электромагнитный фильтр для очистки жидкостей и газов от механических примесей, включающий источник магнитного поля и фильтрующий элемент, размещенный вокруг источника магнитного поля с образованием внешнего замкнутого контура. Фильтр содержит корпус, выполненный в виде двух разомкнутых симметричных половин, которые заполнены ферромагнитной загрузкой и с двух сторон при мыкают к сплошному сердечнику с размещенной на нем электромагнитной катушкой. При скорости фильтрации 23 см/с степень осветления в таких фильтрах составляет 70-90% СОНедостатком данного фильтра является большая неоднородность намагни чивающего загрузку магнитного поля по объему рабочей камеры. Наибольшим магнитное поле будет в непосредствен ной близости от концов сердечника и наименьшим - на удаленных от него участках рабочей камеры. Кроме того, вследствие большего магнитного сопрр тивления пористой загрузки по сравнению со сплошным сердечником и резкого излома силовых линий в месте примыкания частей рабочей камеры к сердечнику наблюдается рассеивание магнитного поля. Указанные недосТатки приводят к малой эффективности фильтрования при относительно больши скоростях потока очищаемой жидкости через фильтр. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату :К предлагаемому является соленоидаль ный фильтр с загрузкой из стальных шариков, пред назначенный преимущественно для очистки питательной воды паросиловых установок от окислов жел за, содержащий цилиндрический корпус заполненный ферромагнитной шариковой насадкой и катушку с электрической обмоткой для возбуждения в насадке магнитного поля, расположенную снару жи корпуса. При пропускании тока через электромагнитную катушку шарики загрузки намагничиваются и притягиваются друг к другу, образуя в совокупности пористое единое тело, имеющее форму рабочей камеры фильтра, т.е. форму цилиндра (или прямоугольного стержня ) Согласно теории поляризации ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, намагничивается. Его намагниченность определяется не только напряженностью внешнего поля, проницаемостью вещества, из которого изготовлено тело, и пористостью этого тела, но также его формой и положением. Наведенные на теле свободные магнитные массы создают новое поле, ослабляющее действие внешнего Для тел конечной длины справедливы соотношения 1i Н - HO HO N3 где h - намагничивающее поле; Н внешнее поле; Н- - размагничивающее поле; N - размагничивающий фактор; D - намагниченность. Здесь N3 представляет уменьшение индукции в теле конечной длины по сравнению с бесконеч o длинным или кольцевым образцом. У загрузки в виде цилиндра или стержня значение магнитной индукции на торцах меньше, чем в среднем сечении. Это различие тем больше, чем больше размагничивающий фактор, т.е. чем меньше отношение длины загрузки к ее поперечному размеру С.. Таким образом, фильтр соленоидального типа с ферромагнитной загрузкой в виде цилиндра или стержня прямоугольного сечения характеризуется наличием рассеянных магнитных потоков . 1И неоднбродности намагниченности загрузки по длине фильтрующего канала, что приводит к уменьшению эффективности фильтрования и непроизводительным потерям электроэнергии. Цель изобретения - повышение эффективности процесса магнитного филь трования и снижение удельного расхода (электроэнергии путем устранения расстояния магнитного потока через загрузку ЭМФ, Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном фильтре, включающем рабочую камеру с размещенной в ней ферромагнитной загрузкой, элект ромагнитную катушку, расположенную снаружи камеры, патрубки входа и выхода, рабочая камера выполнена в виде тороида прямоугольного поперечного сечения, а ферромагнитная загрузка выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных кольцевых пластин. При этом отверстия 8 загрузке выполнены в шахматном порядке. На фиг. 1 изображен предлагаемый фильтр, поперечный разрез;на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг.З график зависимости эффективности фильтрования от тока; на фиг. k то же, с учетом фона. Электромагнитный фильтр (ЭМЛ), предназначенный для отделения железо содержащих активных углей от растворов, включает замкнутую рабочую камеру 1 Тороидальной формы с прямоугольным поперечным сечением с патрубками 2 входа и 3 выхода очищаемой суспензии. Снаружи камеры размещена тороидальная катушка k. Внутри камеры расположена ферромагнитная фильтрующая загрузка 5 в виде колец с отверстиями 6. Фильтр работает следующим образом Подключают обмотку катушки k к ис точнику постоянного тока и пропускают воду со взвешенными в ней ферромагнитными частицами сквозь загрузку 5 фильтра Под действием магнитно го поля катушки кольца намагничиваются, причем возле отверстий 6 возни кают области повышенного градиента магнитного поля. Именно в этих областях происходит извлечение ферромагнитных частиц из потока и их удер жание. Задержанные частицы накаплива ются возле отверстий и частично в са мих отверстиях, которые можно рассма ривать как микроемкости для задержан ных частиц. После пропускания некоторого объема суспензии через фильтр размагничивают загрузку путем отключения источника тока и вымывают из фильтра задержанные частицы дополнительным количеством воды. Загрузка фильтра в виде колец с отверстиями позволяет регулировать коэффициент заполнения рабочей камеры фильтра металлом в самом широком диапазоне. Отверстия загрузки из колец играют роль областей повышенного градиента магнитного поля подоб но тому, как в дискретной загрузке эту функцию выполняют контакты отдельными частицами, В целях увеличения задерживающей способности отдельного ряда отверстий последние выполнены в шахматном порядке Таким образом, в замкнутом фильтре с загрузкой тороидальной фор мы в виде пакета концентрических колец с отверстиями все магнитное поле ,ocpeдoтoчeнo внутри рабочей камеры фильтра, а структура загрузки позволяет использовать относительно высокие скорости фильтрования. Пример. Изготавливают лабораторную модель предлагаемого ЭМФ (фиг, 1 и . )о Рабочая камера ЭМФ 1, патрубки 2 входа и 3 выхода изготовлены из немагнитного материала (оргстекло ) Электромагнитная катушка k намотана медным проводом диаметром 1,2 мм с числом витков около 1000. Загрузка, представляющая собой пакет из пяти отстоящих друг от друга концентрических колец с отверстиями, изготовлена из листа магнитно-мягкой стали тощиной 3 мм. Кольца соединены в пакет посредством шести стержней, расположенных перпендикулярно плоскости колец (не показаны ). Эти стержни, изготовленные из латуни, служат для обеспечения постоянного и равного зазора между кольцами и придания всему пакету колец необходимой конструкционной жесткости. В каждом кольце выполнено по 90 отверстий диаметром мм. Отверстия располагаются радиальными рядами, причем ряд из трехотоерстий чередуется с рядом из двух отверстий (шахматный порядок). Расстояние между кольцами равно удвоенной их толщине. Для сравнительного изучения эффективности и экономичности предлагаемой ;кольцевой конструкции ЭМФ был дополнительно изготовлен ЭМФ соленоидального типа. Катушка намагничивания для соленоидального ЭМФ выполнена проводом того же сечения,что и для кольцевого ЭМФ, с тем же количеством витков и плотностью намотки, равной средней для кольцевого ЭМФ. Длина загрузки соленоидального ЭМФ (377)мм равна средней длине окружности загрузки кольцевого ЭМФ. Объемы рабочих камер обоих фильтров равны см . Загрузка соленоидального ЭМФ предетаЬляет собой пакет из пяти равноотстоящих параллельных пластин с от.верстиями. Ширина и толщина пластин :равна ширине и толщине колец предлагаемого ЭМФс Загрузки обоих фильтров изготавливают из стали одного сорта. Геометрия отверстий и их число для обоих фильтров одинаковы,-Таким образом, различие между фильтрами заключается лишь в форме рабочей камеры, загрузки, электромагнитной катушки И месте расположения патрубков :входа и выхода.

Для опытов по определению различий в эффективности и экономичности указанных фильтров готовят водную суспензию железосодержащего активного угля в количестве Зле концентрацией 5 г/л. Берут уголь КАД йодный с размером частиц 0,-0,25 мм и содержанием магнетита около 3. Варьируют такие параметры магнитного фильтрования как напряженность внешнего Mai- нитного поля (ток питания катушки намагничивания ) и расход угольной суспензии, так как изменение именно этих параметров призвано выявить различия в условиях намагничивания фильтрующей ферромагнитной загрузки и в гидродинамических условиях протекания суспензии через фильтры. В целях более отчетливого выявления .указанных различий между фильтрами суспензию пропускают вертикально сверху вниз (фиг. 2 J.

Диапазон изменения параметров фильтрования угольной суспензии и результаты опытов по определению количества задержанного железосодержащего активного угля в предлагаемом и известном фильтрах для различных вначений расхода угольной суспензии и намагничивающего тока приведены в таблице. Определяют также механический эффект фильтрования угольной суспензии сквозь ненамагниченную загрузку ЭМФ ( Относительная погрешность результатов 2-3%.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР, аключаюи(ий рабочую камеру с размещен 1ой в ней ферромагнитной загрузкой. электромагнитную каТушку, расположен-f ную снаружи камеры, патрубки входа и выхода, о т л и ч а ю зд и и с я тем, что, с целью повышения эффективности магнитного фильтрования и снижения удельного расхода электроэнергии, ка-. мера выполн«ца в виде тороида прямоугольного поперечного сечения, а ферромагнитная загрузка, выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных коль цевых пластин. 2. Фильтр по п. 1, о т л и. ч а ющ и и с я тем,что отверстия в загрузке выполнены в шахматном порядке. &) С со о 4

Предлагаемый

Из таблицы видно, что абсолютные количества угля, задержанного в предлагаемом кольцевом ЭМФ, намного превышают таковые, задержанные при том же токе намагничивания и расходе угольной суспензии в соленоидальном ЭМФ. Эффективность фильтрования определяют как отношение ф - где Мз количество задержанного в фильтре железосодержащего активного угля; полное количество угля, использованного в опыте.

График зависимости эффективности

фильтрования от намагничивающего то-, ка для двух фильтров при расходах суспензии, равных 0-, 48 мл/с; Й2

78 мл/с; Q3 96 мл/с, без учета фона приведен на фиг. 3 (сплошная линия - кольцевой ЭМФ, пунктирная - со леноидальный ЭМФ ). Из графика видно, что эффективность кольцевого ЭМФ во всем диапазоне измененения параметров фильтрования превосходит эффективность соленоидального. Это различие составляет .

Эффективность кольцевого ЭМФ превосходит эффективность соленоидального не только за счет устранения рассеяния магнитных потоков, но также за счет улучшения гидродинамических условий протекания суспензии. В кольцевом ЭМФ вследствие разветвления потока суспензии суммарное живое сечение фильтрующих каналов при прочих равных условиях в два раза больше, чем в соленоидальном, и равно 12,0 см Поэтому скорость протекания суспензии через кольцевой ЭМФ при том же расходе, что и в соленоидальном, в два раза меньше.

На фиг. k приведен график зависимости эффективности фильтрования от тока с учетом фона для кольцевого (сплошная линия )при расходе fla 96 мл/с и соленоидального (пунктир) при расходе й « kS мл/с фильтров, т.е. при одинаковой скорости протекания суспензии сквозь фильтрующий, канал, равной 8 см/с. Из графика видно, что рль14евой ЭМФ эффективнее соленоидального во всем диапазоне изменения намагничиваюи4его тока. Для среднего участка это превышение составляет k%.

С ростом тока различие сглаживается, так как намагниченность загрузок обоих фильтров приближается к намагниченности насыщения. Чтобы достичь этого же значения эффективности (фиг. k ),.что и для кольцевого ЭМФ,

соленоидальному надо подвести большую мощность. Различие в потребляемой кольцевым и соленоидальным ЭМФ мощности для среднего участка измен ния тока при одинаковой скорости протекания суспензии через фильтрую- щий канал составляет 28 (расчет производят по формуле J R, где J- ток намагничивания, f 3,6 Ом - сопротивление катушки). Но при этом расход суспензии в кольцевом ЭНФ в два раза больше, чем в соленоидальном. Следовательно, чтобы обеспечить степень очистки V и расход Q 9б мл/с надо к соленоидальному ЭМФ параллельно подключить еще точно такой же соленоидальный фильтр. В этом случае энергопотребление кольцевого ЭМФ на 6k% меньше, чем в двух соленоидальных, которые обеспечивают такие же расход и степень очистки.

Таким образом, приведенные результаты сравнительных испытаний двух различных конструкций фильтров свидетельствуют о том, что кольцевой ЭНФ на 31-39% эффективнее и на 6k% экономичнее, чем соленоидальный.

f,00 ff,90 0.80

т

0.60

0.50 ОМ

Q.W

OJO

lf.5.0 S.5 5;0 ff.5 3.A фае.З