ФИЛЬТР ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА
GAS FLOW CLEANING FILTER

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики для отделения от газового потока содержащихся в нем аэрозольных частиц, в том числе и конденсируемой составляющей паров газового потока (конденсата), особенно, в градирнях для сокращения потерь воды в системе оборотного водоснабжения.
Известно устройство для сепарации пара из газов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для входа и выхода охлаждающего агента, и двумя решетками, на которых закреплены трубки (См. А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр.164). Для входа парогазовой смеси в корпусе смонтирована верхняя камера, а для выхода сепарированного конденсата и очищенного газа - нижняя камера. В данном устройстве парогазовая смесь через верхнюю камеру проходит по трубам, охлажденным движущимся в межтрубном пространстве хладоагентом. При соприкосновении с холодной поверхностью труб происходит охлаждение газа и конденсация на этой поверхности содержащегося в газе пара. Конденсируемая в трубах жидкость собирается в нижней камере и вытекает их нее через патрубок выхода конденсата. Очищенный от конденсата газ выходит через патрубок нижней камеры.
В описанном устройстве конденсация и сепарация производится лишь той части паров газовой смеси, которой удается соприкоснуться с поверхностью труб за время нахождения смеси в трубе. Остальная же часть паров остается в составе выходящей из устройства смеси. Таким образом, для повышения степени очистки смеси от паров требуется увеличение габаритных размеров известного устройства. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена очистка смеси от аэрозолей.
Известно устройство для сепарации паров серной кислоты, содержащее холодильник с входным и выходным патрубками и вертикальную башню с верхней и нижней камерами (см. А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр.202). Нижняя камера снабжена патрубком для входа газовой смеси и патрубком для выхода серной кислоты, соединенным с входным патрубком холодильника. Верхняя камера содержит выходной патрубок очищенного газа и входной патрубок серной кислоты, соединенный с выходным патрубком холодильника и магистралью приема готовой продукции. Газовая смесь поступает через нижнюю камеру в вертикальную башню. Поднимаясь вверх по башне, газовая смесь орошается серной кислотой, стекаемой с верхней части башни. Капельки серной кислоты охлаждают газовую смесь и конденсируют на своей поверхности, содержащиеся в газовой смеси пары, увлекая их с собой в нижнюю камеру башни. Очищенный от паров газ поднимается вверх и через верхнюю камеру башни направляется в выходной патрубок очищенного газа. Капли кислоты опускаются вниз и через нижнюю камеру башни направляются в патрубок для выхода серной кислоты.
При охлаждении газовой смеси и конденсации, содержащихся в ней паров происходит нагрев серной кислоты. Для замыкания рабочего цикла, выходящую из башни кислоту перед подачей в верхнюю часть башни для орошения газовой смеси и для отгрузки в магистраль готовой продукции пропускают через холодильник.
В описываемом устройстве в отличие от ранее упомянутого устройства, конденсации содержащихся в газовой смеси паров происходит не только на поверхности конструкций (стенки труб, башни), но и на поверхности капелек, орошаемой серной кислоты. Так как площадь поверхности капель существенно больше площади конструкций, то в описываемом устройстве удается добиться повышения степени очистки смеси без существенных увеличений габаритных размеров устройства.
Вместе с тем, в описываемом устройстве при конденсации серной кислоты возникает высокое пересыщение пара, отчего часть паров серной кислоты конденсируется в объеме с образованием тумана, который в составе очищенных газов выносится из башни.
Известен фильтр очистки газового потока, представленный в патенте РФ на изобретение №22935897, МПК B01D 53/32. Фильтр содержит пористый осадительный электрод с открытыми порами, размером более 0,1 мкм, включающими вертикальные капиллярные каналы, размеры проходного сечения которых удовлетворяют соотношению: a>2*σ/(ρ*g*h),
где а - эффективный радиус пор, h - высота осадительного электрода, σ - коэффициент поверхностного натяжения конденсата, ρ - плотность конденсата, установленный вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолировано смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания. В известном фильтре аэрозольные частицы и капли конденсата, образуемые вследствие активизации процессов конденсации с помощью генерируемых электрических зарядов, движутся под действием силового поля и электрического ветра к пористому осадительному электроду. Повышение степени очистки в известном фильтре достигается за счет инициации процессов конденсации во всем объеме газового потока, и за счет обеспечения прохождения капель конденсата во внутрь пористой поверхности осадительного электрода и обеспечение максимально благоприятных условий теплопередачи.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фильтр очистки газового потока, содержащий снабженный приводом вращения пористый осадительный электрод, плоскость которого ориентирована вдоль очищаемого газового потока, с зазором относительно плоскости которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолировано смонтированы соединенные с источником питания коронирующие электроды, систему ориентации пористого осадительного электрода относительно очищаемого газового потока с датчиком направления ветрового потока, систему формирования воздушного потока, направленного на пористый осадительный электрод со стороны очищаемого газового потока и систему охлаждения очищаемого газового потока. См. описание к патенту на изобретение №2356632 RU, опубликованному 27.05.2009 Бюл. №15.
Известная конструкция фильтра монтируется над выходным сечением корпуса дымовой трубы с возможностью поворота ее относительно оси трубы. С помощью специального привода по информации от датчиков направления ветра, входящих в систему ориентации осадительного электрода, фильтр разворачивается таким образом, чтобы ветровой поток набегал на очищаемый и увлекал его на осадительный электрод. Известное техническое решение обеспечивает высокую степень очистки газового потока от аэрозольных частиц. Вместе с тем, использования ветровых потоков окружающего пространства в известном устройстве осуществляется путем разворота всей системы очистки вокруг оси трубы, что усложняет конструкцию и увеличивает ее стоимость, особенно при использовании в градирне, диаметр которых может составлять более 10 метров.
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции фильтра и сокращение затрат на ее изготовление.
Для достижения заявленной цели в известном фильтре очистки газового потока, содержащем датчик направления ветрового потока, осадительный электрод, выполненный в виде решетчатой конструкции, установленной над выходным сечением корпуса канала выхода в окружающее пространство очищаемого газового потока, с зазором относительно рабочей поверхности которого, размещенной вдоль очищаемого газового потока, со стороны очищаемого газового потока, электрически изолировано, смонтированы соединенные с источником питания коронирующие электроды, осадительный электрод выполнен в виде электрически изолированных секторов с устройствами заземления, связанными с датчиком направления ветрового потока с возможностью замыкания устройства заземления сектора осадительного электрода с подветренной стороны. Предлагаемое техническое решение позволяет конструктивно оформить фильтр в виде двух замкнутых поверхностей (поверхность с коронирующими электродами и рабочая поверхность осадительного электрода), коаксиально установленных на изоляторах вокруг корпуса канала выхода очищаемого газового потока. Натекание внешнего ветрового потока на очищаемый газовый поток и его охлаждение в предлагаемом техническом решении осуществляется путем постоянного контроля за направлением ветра и управлением заземлением секторов осадительного электрода. Дальнейшая очистка происходит также, как и в известном фильтре. Таким образом, предложенное техническое обеспечивает, как и в известном техническом решении, вовлечение внешнего ветрового потока в процесс очистки, и достичь высокой степени очистки, но более простым и более дешевым методом.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого фильтра. Фильтр включает в себя систему коронирующих электродов 1, установленных на изоляторах 2 над выходным сечением канала выхода очищаемого газа 3 (например, над выходным отверстием дымовой трубы, над корпусом башни градирни). Коронирующие электроды 1 установлены вокруг устройства выхода очищаемого потока и соединены с источником высокого напряжения (на рисунке не показан). Коронирующие электроды 1 могут быть выполнены из проводов малого диаметра, натянутых на каркасе.
_
На рисунке 1 показано размещение коронирующих электродов на каркасе, выполненном в виде восьмиугольника. Схема размещения коронирующих электродов определяется исходя из конкретных конструктивных условий, и принципиального значения на работу фильтра не оказывает. Наиболее оптимальная форма каркаса - скорее всего окружность, она наиболее полно охватывает окружающее пространство выходного устройства. Исходя из условий реальных значений высокого напряжения порядка 50 Кв, диаметр коронирующих проводов измеряется ориентировочно порядка 0,3-0,8 мм. Коронирующие электроды могут быть также выполнены в виде скрутки (троса) проводов малого диаметра, либо в виде различных конструктивных элементов с малым радиусом кривизны рабочей поверхности. Конструкции коронирующих электродов достаточно подробно освещены в литературе по электрофильтрам. См., например, http://oemz.net/files/demz_precipitator.pdf, http://niiogaz.ru/index.php?option=comcontent&task=view&id=27<emid=23. С зазором 5 относительно коронирующих электродов 1 на изоляторах 4 установлены осадительные электроды 5. Осадительные электроды 5 выполнены в виде отдельных изолированных друг от друга секторов решетчатой конструкции (например, в виде обычных рамок со сварной сеткой с размером ячейки 10-15 мм, с толщиной провода порядка 2 мм). Для отвода сконденсированной жидкости в нижней части каждой из рамок осадительного электрода 5 выполнена ванночка 6, в которой может быть выполнено сквозное отверстие со штуцером соединения со шлангом 7 сбора сконденсированной и собранной влаги. Каждый сектор осадительного электрода 5 снабжен устройство заземления 8, связанным с системой ориентации осадительного электрода относительно внешнего ветрового потока (на рис.1 не показана). Система ориентации может быть выполнена аналогично системе ориентации горизонтально оси вращения ветряного колеса ветряных энергетических установок и базироваться на датчиках направления ветрового потока и создаваться на известных принципах проектирования следящих систем. С целью снижения вероятности образования наледи на осадительных электродах при больших значениях отрицательной температуры окружающего воздуха каждый сектор осадительного электрода может быть снабжен жалюзийными устройствами (на рис.1 не показаны) с системой регулирования их открытием-закрытием в зависимости от температуры рабочей поверхности осадительного электрода. Фильтр работает следующим образом.
На коронирующие электроды 1 подается высокое напряжение. Значение подаваемого напряжения определяется по известным зависимостям, определяющим условия зажигания коронного разряда. По данным датчика направления ветрового потока (на рисунке 1 обозначенного W) замыкаются устройства заземления 8 секторов осадительных электродов 5, находящихся с подветренной стороны от очищаемого газового потока (на рис.1 показан справой стороны). Между коронирующими электродами и секторами осадительных электродов, расположенных с подветренной стороны от очищаемого газового потока зажигается коронный разряд. Направление ионного ветра, возникающего в процессе горения коронного разряда, совпадает с направлением внешнего ветрового потока W. Газовый поток, выходящий из канала 3, захватывается ветровым потоком, смешивается с атмосферным воздухом, охлаждается, содержащаяся в нем парообразная влага конденсируется, образуется видимый факел облака, движущегося газового потока. Образовавшаяся газово-капельная смесь ветровым потоком (от внешнего ветра и ионного ветра) направляется в область коронного разряда (между коронирующими электродами 1 и осадительным электродом 5). В области коронного разряда на сконденсированных ранее каплях собираются окружающие их аэрозольные частицы. Как показано в материалах исследований, проведенных с участием автора, в результате воздействия коронного разряда на газово-капельную смесь собираются практически все аэрозоли. См. Лапшин В.Б., Палей А.А., Балышев А.В., Болдырев И.А., Дубцов С.Н., Толпыгин Л.И. Эволюция аэрозоля нанометрового диапазона в сухой и увлажненной газовой среде под воздействием коронного разряда / Журнал «Оптика атмосферы и океана», том 24, 2011, №11. стр.997-1001.
Под действием ветрового потока и электрического поля, газово-капельная смесь (туман) движется к осадительному электроду 5. Учитывая, что осадительные электроды 5 выполнены в виде решетчатой конструкции, очищаемый газовый поток практически беспрепятственно выходит наружу, оставляя на своем пути электрически заряженные капли с собранными аэрозолями, которые захватываются заземленными элементами конструкции. Как показано в статье «Новые возможности совместного использования «электрического ветра» и электрофильтров для рассеяния теплых туманов», см. Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 269 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/021.pelf, решетчатая конструкция осадительного электрода обладает эффективной способностью очистки туманной среды от капель. Собранные на конструктивных элементах решетчатой конструкции капли стекают вниз в ванночку 6, и через выполненное сквозное отверстие со штуцером соединения со шлангом 7 сбора сконденсированной и собранной влаги уводятся в область утилизации в случае очистки дымовых газов, либо возвращаются в систему оборотного водоснабжения в случае градирни.
В случае сильных отрицательных температур воздуха, для предотвращения замерзания собираемой влаги с внешней стороны осадительных электродов могут быть установлены жалюзи, которые ограничивают количество внешнего ветрового потока, смешиваемого с очищающим газом, либо подогрев элементов конструкции осадительных электродов.
При изменении направления ветра по командам датчика направления ветра производится отключение устройств заземления секторов осадительного электрода, находящихся с наветренной стороны и включение устройств заземления секторов осадителього электрода, находящихся с подветренной стороны.
Таким образом, предложенное устройство, благодаря новым существенным отличительным признакам позволяет ориентировать систему генерации коронного разряда по ветровому потоку без применения сложных механических систем разворота всей конструкции и обеспечить выполнение задачи очистки газов более простыми и более дешевыми техническими средствами. Что позволяет достичь цели предполагаемого изобретения.