ЭЛЕКТРОФИЛЬТР

Предлагаемое техническое решение относится к электрической очистке газов от взвешенных частиц и может найти применение в теплоэнергетике, металлургии, нефтехимии, промышленности строительных материалов и в экологических процессах очистки дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известны трубчатые электрофильтры типа ЭГА, состоящие из корпуса, бункера, коронирующих и осадительных электродов и механизмов их встряхивания, при этом осадительные электроды подвешены на балках подвеса (Газоочистительное оборудование. Каталог НИНТИ химнефтемаш. М. 1988, с. 4-7) и электрофильтры типа ЭГАВ, ЭГВ (Экотехника. Под редакцией Чекалова Л.В., Ярославль, "Русь", 2004).
К причинам препятствующим достижению заданного технологического результата относится недостаточная степень очистки, связанная с работой механизма встряхивания осадительных электродов, включающего в себя специальные вибрационные устройства и их включение в работу, независимо от массы накопленной пыли на осадительных электродах.
Известна конструкция мокрого однозонного электрофильтра с ультразвуковой системой очистки осадительных электродов, состоящего из металлического корпуса, в котором расположена система коронирующих электродов, система осадительных электродов, выполненных в виде металлических дисков, установленных на валу, вращающемся с помощью электродвигателя, бака с жидкостью, размещенного в нижней части корпуса, снабженного сливным клапаном и изоляционной плиты, в которую частично погружены диски осадительных электродов, при этом в нижней части бака установлена система ультразвуковой очистки осадительных электродов, включающая в себя как минимум один ультразвуковой генератор магнитострикционный преобразователь и мембрану (патент на полезную модель РФ №149653, F24F 3/16, 2015).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки, связанная с работой ультразвукового генератора и магнитострикционного преобразователя и мембраны, на которую подают высокочастотные колебания, и их включение в работу независимо от массы накопленной пыли на осадительных электродах.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является электрофильтр, состоящий из корпуса, осадительных электродов, изготовленных из труб, и коронирующих электродов, при этом коронирующие электроды состоят из чередующихся прямолинейных участков и участков выполненных в виде цилиндрической пружины (патент на полезную модель РФ №2337746, В03С 3/40, 2008).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки, связанная с работой разных механизмов встряхивания и их включение в работу независимо от массы накопленной пыли на осадительных электродах.
Техническим результатом предлагаемой конструкции электрофильтра является увеличение эффективности очистки, связанное с работой механизмов встряхивания, за счет использования резонансного эффекта колебаний осадительных электродов и их включения в работу при определенной накопленной массе пыли на осадительных электродах.
Поставленный технический результат достигается тем, что в электрофильтре, состоящим из корпуса, осадительных электродов, изготовленных из труб, коронирующих электродов, и цилиндрических пружин, причем корпус снабжен крышкой с установленной в ней балкой подвеса, на которой жестко закреплены цилиндрические пружины, на нижней части которых закреплены торцы труб осадительных электродов, при этом упругость цилиндрических пружин определяется условием
а
где  - упругость цилиндрической пружины, Н/м;
М - масса трубы осадительного электрода, кг;
m - масса уловленных частиц, при которой происходит встряхивание, кг;
с - скорость звука в очищаемом газе, м/с;
l - длина трубы осадительного электрода, м.
Выполнение осадительных электродов в виде труб позволяет при движении в них очищаемого газа создавать колебания с частотой
г
где ν - собственная частота колебаний столба газа в трубе, Гц;
с - скорость звука в газе, м/с;
l - длина трубки, м.
(Б.М. Яворский, А.А. Детлаф, Справочник по физике. Для инженеров и студентов вузов. Государственное издательство физико-математической литературы, М., 1963, с. 510).
Применение цилиндрических пружин в качестве механизмов встряхивания позволяет использовать их в качестве пружинного маятника, совершающего продольные колебания с собственной частотой
п
где ν - собственная частота колебаний пружинного маятника, Гц;
а
- упругость цилиндрической пружины, Н/м;
o
M - общая масса подвешенного на цилиндрической пружине груза, кг.
(Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. Для инженеров и студентов вузов. Государственное издательство физико-математической литературы, М, 1963, с. 102).
Уравнивая правые части уравнений (2) и (3), получаем уравнение (1), входящее в формулу полезной модели.
г
п
Установка цилиндрических пружин между балкой подвеса и осадительными электродами при условии упругости цилиндрических пружин, определяемым уравнением (1), позволяет создавать резонансные колебания, когда частота собственных колебаний очищаемого газа ν совпадает с собственной частотой колебаний цилиндрической пружины ν, что приводит к резкому возрастанию амплитуды колебаний при накоплении на каждом осадительном электроде определенной массы уловленных частиц m перед началом встряхивания, обеспечивая стряхивание, то есть очистку каждого электрода в отдельности именно в момент накопления на его поверхности определенной массы уловленных частиц, затрудняющих дальнейший процесс электрофильтрования, что увеличивает эффективность очистки аппарата в целом.
Таким образом, выполнение осадительных электродов в виде труб и установка цилиндрических пружин в качестве механизмов встряхивания между балкой подвеса и осадительными электродами при упругости цилиндрических пружин, определяемой условием (1), позволяет проводить самовстряхивание осадительных электродов в резонансном режиме за счет равенства собственных частот колебаний очищаемого газа в каждой трубе осадительных электродов и цилиндрической пружины, то есть с высокой амплитудой без использования специальных механизмов встряхивания (вибраторов, ультразвуковых генераторов, магнитострикционных преобразователей и др.) и в строго определенный момент, не раньше накопления массы m уловленных частиц на электроде, что приводит к потере времени, затрачиваемого на встряхивание, и таким образом к уменьшению эффективности очистки, но и не после накопления массы m уловленных частиц на электроде, что приводит к ухудшению улавливающей способности электрода, ухудшая тем самым процесс очистки. Это исключает затраты энергии, необходимой для работы вышеназванных специальных механизмов встряхивания.
Продольный разрез предлагаемой конструкции электрофильтра с раздельным встряхиванием осадительных электродов изображен на чертеже.
Электрофильтр состоит из корпуса 1 с крышкой 2, на корпусе 1 расположены патрубки для подачи запыленного газа 3 и отвода уловленной пыли 4, а в крышке 2 расположен патрубок для отвода очищенного газа 5. Между корпусом 1 и крышкой 2 установлены осадительные электроды в виде труб 6 длиной l, причем с целью предотвращения утечек очищаемого газа из корпуса 1 и крышки 2 верхняя и нижняя часть каждой трубы 6 герметично закрыта гофрированными манжетами 7. В крышке 2 установлена балка подвеса 8, на которой жестко закреплены верхние торцы цилиндрических пружин 9, а на нижних торцах этих пружин закреплены торцы труб 6. Осесимметрично с каждой трубой 6 установлены коронирующие электроды 10, верхняя часть которых закреплена на электроизоляторах 11, а нижняя соединена с шиной 12, по которой подается на коронирующие электроды высокое напряжение. Корпус 1 присоединен к заземлению 13.
Электрофильтр с раздельным встряхиванием электродов работает следующим образом.
По патрубку 3 подают очищаемый газ, и на шину 12, а от нее на коронирующие электроды 10 высокое напряжение, под действием которого очищаемый газ ионизируется и заряжаются частицы пыли. Под действием разности потенциалов между коронирующими электродами 10 и трубками 6 осадительных электродов частицы пыли двигаются в радиальном направлении и оседают на внутренней боковой поверхности труб 6 этих электродов, а очищенный газ, поднимаясь из труб 6 в крышку 2 по патрубку 5 выходит наружу.
При накоплении на внутренней поверхности трубы 6 осадительного электрода пыли массой m в соответствии с выполнением условия (1) наступает режим резонансных колебаний этой трубы 6, при котором из-за высокой амплитуды колебаний частицы пыли сбрасываются с боковой поверхности трубы 6 в нижнюю часть корпуса 1. После сброса уловленной пыли массы m режим резонансных колебаний прекращается и труба 6 осадительного электрода работает в обычном режиме электроочистки газа и нового накопления уловленных частиц пыли на боковых стенках трубки 6. Нужно отметить, что расходы очищаемого газа в трубах 6 неодинаковые, поэтому накопление частиц уловленной пыли на боковых стенках этих труб 6 идет неравномерно. Поэтому режим резонанса наступает не одновременно во всех трубах 6, то есть идет раздельное встряхивание трубок в осадительных электродах.
Пример. В электрофильтре установлены трубы 6 осадительных электродов длиной l=4 м и массой М=3 кг.
В электрофильтре очищается воздух от частиц песка в цехе пескоструйной обработки металлических изделий после их отливки и сварки. Задаем массу частиц песка и пыли, накапливаемых на боковой поверхности труб 6, перед началом встряхивания m=1 кг.
Согласно условию (1) в этом случае необходимо, чтобы упругость цилиндрической пружиной 9, обеспечивающей резонансный режим колебаний каждой трубы 6, составляла:
где скорость звука в очищаемом воздухе c=330 м/с,
то есть каждая пружина 9 должна деформироваться на 1 см при нагрузке 273 кг.
Определим собственную частоту колебаний цилиндрической пружины 9 по уравнению (3):
Определим собственную частоту колебаний очищаемого воздуха в трубе 6 осадительного электрода по уравнению (2):
п
г
Для рассматриваемого примера при накоплении в каждой трубе 6 уловленной из воздуха частиц пыли и песка массой 1 кг при упругости цилиндрической пружины 9, равной а=268428 Н/м, собственная частота колебаний очищаемого воздуха в трубе 6 становится равной собственной частоте колебаний цилиндрической пружины 9 ν=ν=41,2 Гц, наступает режим резонансных колебаний цилиндрической пружины 9 с большой амплитудой, обеспечивающей сбрасывание уловленных частиц песка в нижнюю часть корпуса 1.
а
Таким образом, снабжение электрофильтра крышкой 2 с установленной в ней балкой подвеса 8, на которой жестко закреплены цилиндрические пружины 9 с жесткостью , подчиняющейся условию (1), на нижней части которых закреплены торцы труб 6 осадительных электродов позволяет осуществить очистку осадительных электродов в резонансном режиме встряхиванием без использования специальных механизмов встряхивания, которое в заявляемой конструкции происходит только при накоплении определенной массы m уловленных частиц, что в общем повышает эффективность очистки.