ЭЛЕКТРОЦИКЛОН

Полезная модель относится к области очистки газов от пыли и тумана в теплоэнергетике, производстве строительных материалов, металлургии, химической промышленности и других отраслях промышленности. Электроциклон предназначен для улавливания пыли, при этом улавливаемая пыль может быть с любым удельным электрическим сопротивлением и любой абразивности. Аппарат может использоваться как в одиночном, так и в групповом исполнении, что дает возможность сделать пылеулавливающую систему с любой производительностью по газу.
Известны электроциклоны, состоящие из корпуса, системы осадительных и коронирующих электродов, механизмов встряхивания электродов и решеток, бункеров, патрубков для подвода и отвода газов, высоковольтных изоляторов, изоляторных коробок. Их недостатками является недостаточно высокая степень очистки газов от частиц, обладающих высоким или низким удельным электрическим сопротивлением.
Известны электроцентробежные аппараты, состоящие из корпуса, системы коронирующих и осадительных электродов, бункера, патрубков для подвода и отвода газов, высоковольтных изоляторов [RU 2077952 C1; SU 1711976 A2; SU 801852 A1; RU 2306182 C1; US 2002/0017194 A1]. При очистке больших объемов газа эти фильтры содержат много элементов, что приводит к их громоздкости и повышенной металлоемкости. Загрязнение изоляторов приводит к электрическому разряду по их поверхности, т.е. к нарушению электрического режима работы аппарата, а зачастую и к выходу из строя изоляторов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по сущности и достигаемому результату является электроциклон, взятый за прототип, содержащий цилиндрический корпус, входной тангенциальный и выходной осевой патрубки, бункер, спиралевидный канал, расположенный в цилиндрическом корпусе, и коронирующие электроды, установленные по центральной линии канала [RU 2077952 C1]. Недостатком известного пылеуловителя является низкая производительность по газу, т.к. газовый поток движется только по одному спиралевидному каналу. Кроме того, большое количество изоляторов, расположенных на пути запыленного газа может привести к их загрязнению с последующим выходом из строя. Конструкция аппарата не предусматривает механизмов встряхивания, что делает аппарат не пригодным для очистки газов от пыли с высоким УЭС. Следует также учесть, что электроды опираются на плоское днище, которое в процессе работы аппарата может засориться и пылеуловитель выйдет из строя. Задачей полезной модели является создание высокоэффективной конструкции газоочистного аппарата.
Сущность технического решения: выполнение корпуса в виде цилиндрической формы, который имеет входной патрубок, улитку, входную трубу, систему осадительных электродов секторной формы и коронирующие электроды, расположенные между осадительными электродами на тягах подвеса, жестко прикрепленных к раме подвеса, закрепленной в опорно-проходных изоляторах в верхней части корпуса, бункер, карманную насадку, устанавливаемую на осадительные электроды, которая повышает эффективность пылеулавливания.
Предлагаемая конструкция электроциклона (фиг. 1) состоит из корпуса (1) цилиндрической формы, внутри которого размещаются системы осадительных (2) электродов с карманной насадкой и коронирующих (3) электродов, устройства для крепления системы осадительных электродов к корпусу и центральной трубе (16), устройства (5) для подвески коронирующих электродов к высоковольтным изоляторам (6), помещенным в изоляторные коробки (7). Корпус (1) сверху снабжен крышкой (21) и улиткой (8) для подачи запыленного газа в аппарат, а снизу бункером (9) для сбора уловленной пыли и устройством (10) для вывода очищенного газа наружу через выхлопную трубу (11). Аппарат оснащен ударно-молотковым механизмом встряхивания (15) (фиг. 3 и фиг. 4) осадительных электродов, в котором масса молотков (17) по массе пропорциональна массе соответствующим осадительных электродов.
Электроциклон работает следующим образом.
Запыленный поток газа попадает по входному патрубку в улитку (8) (фиг. 1), приобретает вращательное движение и далее распределяется по кольцевым каналам (12) (фиг. 2) активной зоны электроциклона, по которым движется вращательно-поступательно вниз. Взвешенные в газе частицы пыли заряжаются в поле коронного разряда и под действием сильного электрического поля перемещаются в кольцевых каналах от коронирующих электродов к осадительным. Одновременно на частицы действуют центробежные силы, возникающие вследствие движения пылегазового потока по криволинейным каналам. Эти силы направлены, в радиальном направлении от центра к периферии.
Каждый кольцевой канал (12) состоит из двух областей - внутренней (13) и внешней (14). Во внутренней области электрическая и центробежная сила действуют в противоположных направлениях. Однако, как показывают расчеты (см. приложение), сила воздействия электрического поля на частицы диаметром менее 5 мкм значительно больше по величине, чем центробежная сила. Поэтому на осадительных электродах внутренней области (13) будут осаждаться наиболее мелкие частицы.
Во внешней области (14) электрическая и центробежная сила действуют в одном направлении к осадительному электроду этой области. Благодаря сложению этих сил скорость движения частиц диаметром более 5 мкм к осадительным электродам намного больше, чем в прототипе. В полидисперсной пыли, например в летучей золе ТЭЦ, содержание мелких частиц невелико, основная же масса частиц имеет размер более 5 мкм, благодаря этому полная степень очистки газа от взвешенных частиц существенно выше, чем в прямолинейных каналах прототипа.
Из конструктивных соображений активная зона разделена на несколько электрических полей (3-4). При этом в отличие от прототипа, каждое электрическое поле в предлагаемом электроциклоне с криволинейными каналами для прохода газа имеет в поперечном сечении форму секторов, расширяющихся от центра к периферии. В разрывах между секторами располагаются валы (фиг. 3) (15) с молотками (17) (фиг. 4) встряхивания осадительных электродов. Это дает следующий неожиданный положительный эффект. Все сектора однотипны. Но в каждом секторе осадительные электроды, расположенные ближе к центру аппарата, имеют меньше размеры, а следовательно, и массу, чем расположенные ближе к периферии. Поэтому, в отличие от прототипа, молотки имеют различную массу, пропорциональную массе соответствующего осадительного электрода. При встряхивании осадительных электродов даже при использовании осадительных элементов электродов карманного типа, происходит частичное увлечение осажденных частиц газовым потоком. В предлагаемом аппарате этот негативный эффект уменьшается или устраняется благодаря действию центробежной силы на отваливающийся с осадительных электродов слой пыли. Часть агрегированной пыли, выносимая из кольцевых каналов активной зоны в разрывы между секторами, подхватывается центробежной силой, благодаря чему имеет место массовый сдвиг частиц от центра к периферии с последующим вовлечением в газовые потоки, поступающие в соответствующие кольцевые каналы. Важным эффектом является то, что движущиеся вращательно-поступательно газовые потоки в криволинейных каналах многократно пересекают одни и те же электрические поля (в то время как в прототипе имеет место однократное прохождение газовым потоком каждого электрического поля).
Поверхность периферийных электродов больше тех, которые расположены ближе к центру. Поэтому на периферийных электродах будет осаждаться больше пыли. Таким образом и здесь проявляется положительное качество предлагаемой конструкции, выражающееся в том, что уловленная пыль будет ссыпаться с осадительных электродов в пристенной области бункера.
Регенерация осадительных электродов осуществляется с помощью молотковых механизмов (фиг. 4), расположенных в пространствах между полями. Поскольку размеры, а следовательно, и масса осадительных электродов различна и увеличивается от центра к периферии, то и масса молотков (17) на валу (15) различна и пропорциональна массе соответствующего электрода.
Карманная насадка 22 служит для снижения вторичного уноса, возникающего при вовлечении в очищенный газ осажденных частиц во время встряхивания осадительных электродов и при накоплении толстого слоя частиц, самопроизвольно падающих агломератами в бункер. Эффективность электроциклона с карманной насадкой выше обычного электроциклона: пылеунос снижается до 10 раз, степень очистки достигает 99,6% при входной тангенциальной скорости аэрозоля 24 м/с. Карманная насадка (фиг. 5) может быть развернута по ходу газа и против хода газа.
В предлагаемом аппарате предполагается применять коронирующие электроды (или системы коронирующих электродов) известной рамной конструкции с коронирующими элементами ленточно-зубчатого типа с ориентировкой лент и зубьев параллельно осадительным электродам. Расстояние между иглами 40 или 60 мм. Поскольку окружная скорость движения газового потока в криволинейных каналах высокая (16-30 м/с, в отличие от прототипа, в котором скорость газа составляет 0,5-2 м/с), то осаждающаяся на коронирующих элементах пыль сдувается с них и они не требуют встряхивания.
Для предотвращения загрязнения высоковольтных изоляторов (6) (фиг. 1) предусмотрена подача очищенного газа в изоляторные коробки (7). С этой целью из нижней части активной зоны аппарата часть очищенных газов (5-10% от объема очищаемых газов) поступает внутрь центральной трубы (16) через предусмотренные для этого отверстия щелевидной или круглой формы. Затем вентилятором, установленным в верхней части центральной трубы, этот газ нагнетается в изоляторные коробки (7), установленные на крышке (21) аппарата. Из изоляторных коробок газ поступает в улитку (8) и смешивается с основным потоком газов, поступающих на очистку. Электроциклон с целью предотвращения раскачивания коронирующих электродов они внизу каждого поля связаны между собой рамой, а рама с помощью тяг из электроизоляционного материала прикреплена к высоковольтным изоляторам (19), расположенным снаружи корпуса в изоляторных коробках (20) (фиг. 1).
Таким образом, предотвращается загрязнение высоковольтных изоляторов (6) пылью. Выходя из изоляторных коробок газы создают буферный слой между поступающим запыленным воздухом и стенкой улитки, тем самым предотвращая абразивный износ стенки улитки золой.