УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ НЕГОРЮЧИХ ГАЗОВ
DEVICE TO CLEAN INCOMBUSTIBLE GASES

Изобретение относится к области очистки газов от пыли или других дисперсных частиц и может быть использовано в бытовой технике, металлургической, химической, строительной промышленности, автомобилестроении, сельском хозяйстве и других отраслях.
Известны циклоны RU 2256510 C1, МПК В04С 9/0, 20.07.2005; Биргер М.И., Вальдбер А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.56; Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.М., Решидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Химия, 1981, стр.87, рис.2.13в. Недостатком циклонов является низкая степень очистки газа за счет вторичного уноса дисперсных частиц.
Известен циклон FI 49113, МПК В04С 9/00, состоящий из цилиндрического корпуса с тангенциальным входным патрубком, с закрепленным на крышке корпуса выпускным патрубком и сетчатого диска, установленного на выходном валу под выпускным патрубком. Недостатком циклона является низкая степень очистки газа за счет вторичного уноса дисперсных частиц.
Для предотвращения вторичного уноса дисперсных частиц циклоны дооснащают заградительными фильтрующими элементами, такими как волокнистые фильтры, электрофильтры и т.п.
Известен циклон со встроенным электрофильтром RU 2426600 C1, МПК В04С 9/00, 20.08.2011. Накопление дисперсных частиц на поверхности осадительных электродов электрофильтров при накоплении большого количества дисперсных частиц способствует вторичному уносу дисперсных частиц, что является недостатком циклона.
Известны циклоны со встроенными волокнистыми фильтрами и механизмами на их основе RU 2361678 C1, МПК В04С 9/00, 20.07.2009; RU 2251445 C2, МПК В04С 9/00, 10.05.2005; RU 2414306 C1, МПК В04С 9/00, 20.03.2011. Накопление дисперсных частиц на поверхности и в структуре волокнистого фильтра способствует вторичному пылеуносу, либо ограничивает скорость движения неочищенного газа внутри циклона, что способствует уменьшению центробежных сил, действующих на дисперсные частицы и, следовательно, ухудшают качество очистки газа.
Известен циклон RU 2220784 C1, МПК В04С 9/00, 10.01.2004 в котором применен фильтр, вращающийся вокруг продольной оси циклона за счет газового потока. Недостатком циклона является снижение центробежных сил, действующих на дисперсные частицы, и снижение скорости потока газа в циклоне за счет работы, совершаемой газом на вращение фильтрующего элемента.
Недостатком циклонов со встроенными волокнистыми фильтрами является необходимость встряхивания фильтров, которое должно производиться, как правило, при выключенном устройстве очистки газа, что нарушает непрерывность процесса газоочистки. Кроме того, волокнистые фильтры создают существенное сопротивление течению газа, приводящее к образованию локальных зон повышенного давления, что ухудшает качество очистки газа и производительность циклона.
Очистка газа от разнообразных по форме и массе дисперсных частиц обуславливает каскадную схему газоочистителей, нередко разных типов. Известны батарейные циклоны RU 2366516 C1, МПК В04С 5/24, 10.09.2009; Уайт П., Смит С. Высокоэффективная очистка воздуха. М.: Атомиздат, 1967, стр.189; Биргер М.И., Вальдбер А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.68. Подобные системы являются габаритными и требуют более мощного вспомогательного оборудования, чем одиночный циклон.
Известен циклон ЕР 1808233 А2, МПК В04С 5/12, 21.09.2006, состоящий из корпуса циклона; воздухозаборника, через который воздух поступает в корпус циклона; патрубка для выпуска воздуха; заземления, подключенного ко всей поверхности внутри корпуса циклона; множества коронирующих электродов, установленных на выпускном патрубке, и источник высокого напряжения, который подключен к токопроводящему выпускному патрубку. Недостатком циклона является вторичный унос дисперсных частиц за счет уноса частиц, осевших на внутренней поверхности корпуса циклона, но не перемещенных вихревым потоком в бункер, и за счет частиц, отброшенных от корпуса циклона вихревым потоком, но успевшим сменить знак заряда, которые стремятся к коронирующим электродам, установленным на выпускном патрубке, и к выпускному патрубку. Недостатком циклона является положительная ионизация частиц газа, выходящего из циклона.
Известен циклон JP 57045356 A, МПК В03С 3/15, 09.02.1980, состоящий из конусообразного корпуса, впускного патрубка, направленного по касательной к цилиндрической части циклонного сепаратора, электродов, подключенных к патрубку для выпуска газа, вертикально расположенного электрода. К электродам подключен источник высокого напряжения. Недостатком циклона является вторичный унос дисперсных частиц из внутренней области вихревого потока за счет уноса частиц, осевших на внутренней поверхности корпуса циклона, но не перемещенных вихревым потоком в бункер.
Недостатком перечисленных циклонов является отсутствие оснащения для их работоспособности в наклонном положении, что затрудняет их компактную установку.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение качества очистки газа; очистка газа от разнообразных по форме и массе дисперсных частиц без каскадирования циклонов; непрерывная очистка газа; снижение требований к вспомогательному оборудованию, создающему разряжение очищаемого газа; ионизация очищаемого газа отрицательными ионами.
Данные задачи решаются за счет того, что заявленное устройство очистки негорючих газов, характеризующееся тем, что содержит циклон, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с конической нижней частью, снабженной патрубком для удаления шлама, патрубка для подачи запыленного газового потока, расположенного тангенциально к корпусу, крышки с патрубком для отвода очищенного газового потока; электрофильтр, состоящий из коронирующих электродов внутри патрубка для подачи запыленного газового потока, коронирующих электродов и (или) электродов-форсунок, установленных на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона, конусообразного сетчатого фильтра, установленного на патрубке для отвода очищенного газового потока, являющегося коронирующим электродом и снабженного коронирующими иглами; высоковольтный источник питания, отрицательный полюс которого подключен к коронирующему электроду внутри патрубка для подачи запыленного газового потока и к конусообразному сетчатому фильтру, а положительный полюс - к коронирующим электродам, электродам-форсункам, установленным на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона.
По меньшей мере, один коронирующий электрод установлен внутри патрубка для подачи запыленного газового потока.
По меньшей мере, один коронирующий электрод или электрод-форсунка установлен на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона.
Предпочтительно, чтобы модуль разности конусности конусообразного сетчатого фильтра, установленного на патрубке для отвода очищенного газового потока, и конической нижней части циклона не превышал 10%.
Предпочтительно, чтобы соотношение диаметров (меньшего к большему) патрубка для удаления шлама и патрубка для отвода очищенного газового потока составляло не менее 72%.
Предпочтительно, чтобы соотношение (меньшего к большему) двойного диаметра патрубка для отвода очищенного газового потока к диаметру цилиндрического корпуса циклона составляло не менее 66%.
Вертикальный цилиндрический корпус, и (или) коническая нижняя часть, и (или) патрубок для подачи запыленного газового потока, и (или) крышка с патрубком для отвода очищенного газового потока циклона могут быть выполнены из непроводящего материала.
Коронирующие электроды внутри патрубка для подачи запыленного газового потока, и (или) коронирующие электроды, и (или) электроды-форсунки, и (или) конусообразный сетчатый фильтр могут быть установлены на изоляторах.
Коронирующий электрод, установленный на конической нижней части циклона, может иметь радиальную форму.
Коронирующий электрод, установленный на конической нижней части циклона, может иметь спиралевидную форму.
Коническая нижняя часть циклона может являться коронирующим электродом.
Предпочтительно, чтобы в случае наклонного, более 40°, расположения устройства, по меньшей мере, один электрод-форсунка был установлен на отрезке прямой, соединяющей вершину конусообразного сетчатого фильтра и центр секущей окружности, образованной стыком конической нижней части циклона и патрубком для удаления шлама.
Предпочтительно, чтобы разность потенциалов высоковольтного источника питания составляла не менее 1.5 кВ.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение качества очистки негорючих газов за счет повышения сил инерции, выбрасывающих дисперсные частицы из вихревого потока внутри циклона, силами Лоренца; коагуляции дисперсных частиц на приграничном слое пленки жидкой среды; отсутствия вторичного уноса частиц, увлеченных жидкой средой; отсутствием заградительных элементов, снижающих скорость газа; непрерывностью очистки негорючих газов.
Кроме технического результата существует и высокая экономическая эффективность применения предложенного устройства очистки негорючих газов за счет отсутствия сменных фильтрующих элементов; непрерывного процесса очистки газа; отсутствия необходимости в обслуживании осадительных электродов (роль осадительных электродов фактически выполняет жидкая среда).
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и не ограничивают объем правовой защиты предложенного устройства очистки негорючих газов, а являются иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
Устройство состоит из циклона, электрофильтра и высоковольтного источника питания.
Циклон состоит из вертикального цилиндрического корпуса (фиг. 1, 1) с конической нижней частью (фиг. 1, 2), снабженной патрубком (фиг. 1, 3) для удаления шлама; патрубка для подачи запыленного газового потока (фиг. 1, 4), расположенного тангенциально к корпусу; крышки с патрубком для отвода очищенного газового потока (фиг. 1, 5).
Электрофильтр состоит из коронирующего электрода (фиг. 1, 6) внутри патрубка для подачи запыленного газового потока; коронирующих электродов (фиг. 1, 7) или электродов-форсунок (фиг. 1, 8), установленных на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона; конусообразного сетчатого фильтра (фиг. 1, 9), установленного на патрубке для отвода очищенного газового потока, являющегося коронирующим электродом и снабженного коронирующими иглами. При наклонном расположении устройства электрод-форсунку располагают на прямой, соединяющей вершину конусообразного сетчатого фильтра и центр секущей окружности, образованной стыком конической нижней части циклона и патрубком для удаления шлама (фиг. 1, 10)
Отрицательный полюс высоковольтного источника питания подключен к коронирующему электроду внутри патрубка для подачи запыленного газового потока (фиг. 1, 6) и к конусообразному сетчатому фильтру (фиг. 1, 9). Положительный полюс высоковольтного источника питания подключен к коронирующим электродам (фиг. 1, 7), электродам-форсункам (фиг. 1, 8), установленным на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона.
Устройство очистки негорючих газов работает следующим образом. Неочищенный газ поступает в патрубок для подачи запыленного газа, проходя через коронирующий электрод, где газ и дисперсные частицы ионизируются отрицательным напряжением, затем поступает внутрь циклона.
Через электроды-форсунки подается жидкая среда тангенциально к цилиндрическому корпусу циклона и образует на нем тонкую пленку из жидкой среды. Коронирующие электроды и электроды-форсунки, установленные на конической нижней части или цилиндрическом корпусе циклона, ионизируют тонкую пленку жидкой среды на цилиндрическом корпусе циклона положительным напряжением.
В циклоне под воздействием центробежных сил вихревого потока, а также сил Лоренца, приложенных к дисперсным частицам и направленных от конусообразного сетчатого фильтра к пленке из жидкой среды, дисперсные частицы, насыщающие неочищенный газ, отбрасываются к стенке цилиндрического корпуса и конической нижней части циклона, где увлекаются жидкой средой. Жидкая среда с дисперсными частицами попадает в патрубок для удаления шлама. Дисперсные частицы, изменившие свой заряд при движении над поверхностью пленки из жидкой среды, коагулируются с дисперсными частицами, заряженными отрицательным напряжением от коронирующего электрода внутри патрубка для подачи неочищенного газового потока и конусообразного сетчатого фильтра, и под действием центробежных сил вихревого потока отбрасываются к стенке цилиндрического корпуса и конической нижней части циклона, где увлекаются жидкой средой. При очистке газа происходит его ионизация легкими отрицательными ионами.
Устройство очистки негорючих газов может быть изготовлено из непроводящего материала, например пластика, в случае небольших габаритов устройства. Для габаритных устройств применяют металлические листы с антикоррозийным покрытием, либо комбинацию этих материалов. В случае применения проводящих материалов электроды устанавливаются на изоляторы. Корпус циклона, если он выполнен из проводящего материала, крепится через изоляторы. Источник высоковольтного питания выбирают таким образом, чтобы он обеспечивал плотность тока не менее 0,5 µА. Источник высоковольтного питания располагают настолько близко, насколько это возможно к корпусу циклона. Устройство нагнетания жидкой среды, в частях, в которых существует непосредственное соприкосновение с жидкой средой, должно быть выполнено из непроводящих материалов. Для обеспечения дополнительной электробезопасности устройство нагнетания размещают на изоляторах. Применяют устройства импульсного опорожнения бункера для шлама, для создания воздушного разрыва между шламом, подающимся на утилизацию (или очистку), и тонкой пленкой жидкой среды, находящейся под высоким напряжением.