УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
APPARATUS FOR PURIFYING EXHAUST GASES

Заявляемое изобретение относится к оборудованию для очистки отходящих газов различных производств от содержащихся в них вредных компонент и может быть использовано для улучшения экологической обстановки в промышленных зонах, а также в системах, использующих очищенные отработанные газы для получения энергии.
Известно устройство для очистки отходящих газов по заявке WO №9703746, МПК B01D 53/32, 1997 г. Указанное устройство представляет собой цилиндрический реактор, металлические стенки которого покрыты слоем диэлектрика, а на оси реактора находится электрод с плоскими дисками, расположенными перпендикулярно оси реактора. При подаче напряжения между стенками реактора (первый электрод) и дисками (второй электрод) возникает барьерный диэлектрический разряд, который позволяет генерировать при атмосферном давлении нетермическую плазму. Очистка отходящих газов от вредных примесей осуществляется плазмой в пространстве между электродами реактора.
Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет осуществлять пространственное варьирование энергии плазмы для селективного воздействия на различные вредные компоненты, содержащиеся в отходящих газах, т.е. не позволяет осуществлять одновременное генерирование в различных участках разрядного промежутка плазму с различной интенсивностью, что, в свою очередь, сужает функциональные возможности устройства. Кроме того, известное устройство характеризуется низкой энергоэкономичностью.
В качестве ближайшего технического решенияк заявляемому выбрано устройство для очистки отходящих газов по патенту США №7648683, МПК B01J 19/08, 2010 г. Электродная система в известном устройстве состоит из плоских электродов, образующих штабелированную структуру. Каждый электрод представляет собой плоское тело, выполненное из диэлектрика, внутри которого находится металлическая пленка. При подаче на электроды напряжения в пространстве между ними генерируется нетермическая плазма. Поскольку расстояния между плоскими электродами могут быть различными, в известном устройстве реализуется возможность генерации плазмы с различной интенсивностью, что, в свою очередь, способствует более полному воздействию плазмы на различные вредные компоненты, содержащиеся в отходящих газах.
Недостатком известного устройства является низкая энергоэкономичность, обусловленная необходимостью использования для генерации плазмы, способной осуществлять эффективную очистку отходящих газов от вредных компонент, больших мощностей.
Технический результат, достигаемый изобретением - создание энергоэкономичного устройства для очистки отходящих газов от вредных компонент.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки отходящих газов, содержащем электродную систему, размещенную в корпусе и подсоединенную к источникам напряжения с возможностью селективного воздействия на компоненты отходящих газов, что электродная система выполнена в виде секций, содержащих ярусы с электроискровыми разрядниками, расположенные в цилиндрическом корпусе устройства последовательно по ходу протекания через упомянутое устройство потока отходящих газов, причем плоскости упомянутых ярусов перпендикулярны оси устройства; каждый ярус состоит из разрядников, установленных на внутренней стенке цилиндрического корпуса устройства по всей длине окружности и расположенных в плоскости ярусов, при этом разрядники ориентированы по радиусу R корпуса устройства и их протяженность в радиальном направлении в каждом ярусе варьируется в диапазоне (0,1-0,9)R.
Указанный технический результат достигается также тем, что угловое расстояние между соседними разрядниками в каждой ярусе выбирается в диапазоне (10-20)°.
Указанный технический результат достигается также тем, что расстояние между соседними ярусами в каждой секции выбирается равным (0,1-0,2)R.
Указанный технический результат достигается также тем, что корпус упомянутого устройства образован стенками трубопровода, служащего для удаления отходящих газов.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 схематически изображено устройство для очистки отходящих газов, на фиг. 2, выносной вид I, показана конструкция разрядников и их крепление на реакторе, на фиг. 3, сечение А-А, иллюстрируется расположение разрядников в ярусах секций устройства.
Заявляемое устройство представляет собой цилиндрический реактор с открытыми торцами 1, который может быть выполнен как в виде монолитной конструкции - самостоятельного устройства, комбинируемого с трубопроводом для удаления отходящих газов, так и в виде конструктива, когда стенки реактора 1 образованы стенками трубопровода. Предпочтительное расположение реактора 1 - в начале трубопровода.
Цилиндрический реактор 1 содержит несколько секций 2 с электроискровыми разрядниками 3, при этом разрядники 3 организованы в каждой секции 2 в несколько ярусов 4, расположенных последовательно по ходу протекания потока отходящих газов. Плоскости ярусов 4 перпендикулярны оси реактора 1.
Электроискровые разрядники 3 состоят из первого электрода 5, непосредственно закрепленного на стенке реактора 1, и второго электрода 6, изолированного от стенки реактора 1 посредством керамической шайбы 7. Зазор между торцами электродов 4 и 5 образует искровой промежуток 8.
Разрядники 3 установлены на внутренней стенке корпуса реактора 1 по всей длине окружности и размещены в плоскости ярусов 4. Разрядники 3 ориентированы по радиусу R корпуса реактора и протяженность разрядников 3 в радиальном направлении в каждом ярусе 4 варьируется в диапазоне (0,1-0,9)R. Размещение разрядников 3 с различной протяженностью по длине окружности ярусов 4 не носит принципиального характера.
Угловое расстояние между соседними разрядниками 3 в каждом ярусе 4 выбирается в диапазоне (10-20)°.
Расстояние между соседними ярусами 4 в каждой секции 2 выбирается равным (0,1-0,2)R.
Питание разрядников 3 осуществляется с помощью импульсных генераторов низкого напряжения 9 и подсоединенных к ним индукционных катушек 10, которые при помощи токопроводов соединены со вторыми электродами 6 разрядников 3.
Число генераторов 9 равно числу секций 2 устройства, т.е. каждый генератор 9 подключен к соответствующей секции 2. Количество индукционных катушек 10 в каждой секции 2 равно числу разрядников 3. (3)
Количество секций 2 в устройстве - и, соответственно, общее количество разрядников в устройстве - варьируется в зависимости от диаметра реактора 1 (диаметра трубопровода, служащего для удаления отходящих газов). В Таблице 1 приведены данные по количеству секций, общему количеству разрядников и суммарной мощности, потребляемой устройством, для одного из вариантов реализации устройства в зависимости от диаметра трубопровода D (4).
Заявляемое устройство работает следующим образом. Напряжение 12 В от питающей сети подается на генераторы 9, в которых генерируется импульсный ток частотой 4-10 кГц. Далее импульсный ток индуцирует в индукционных катушках 10 высокое напряжение в диапазоне 18-20 кВ. Указанное напряжение поступает на электроды 5 и 6 разрядников, в результате чего в зазоре между торцами электродов 5 и 6 возникает электрический разряд, который воздействует на компоненты проходящих через реактор 1 отходящих газов.
2
2
х
2
2
х
2
2
2
В искровых промежутках 8 разрядников 3 происходит процесс расщепления содержащихся в отходящих газах различных токсичных соединений - СО, СО, NO и СН. В результате ударного воздействия на молекулы СО, СО, NO и СН электрического разряда, энергия которого больше энергии связи атомов в молекулах, происходит распад молекул на отдельные составляющие - С, О, N, Н, которые не относятся к токсичным компонентам. Конструктивное выполнение секций 2, в пределах которых разрядники 3 имеют различную протяженность - от 0,1R до 0,9R - обеспечивает генерацию искрового разряда практически в каждой точке поперечного сечения реактора 1, и, как следствие, способствует тому, что искровой разряд воздействует на весь поток газов, проходящих через реактор 1. Кроме того, индивидуальное питание импульсным напряжением разрядников 3 данной секции 2 реализует возможность селективного воздействия на различные вредные компоненты путем варьирования в отдельных разрядниках 3 амплитуды и частоты импульсного напряжения, поскольку для эффективного расщепления различных компонентов в отходящих газах может потребоваться различная мощность электрического разряда.
Следует сказать, что заявляемое устройство будет эффективно для очистки отходящих газов от различных токсичных соединений, в частности, от сероводорода и сероуглерода.
Очищенные от вредных компонент (в т.ч. от угольной пыли) отходящие газы могут быть выброшены в атмосферу без ухудшения экологической обстановки в зоне данного производства, поскольку содержание указанных вредных компонент значительно ниже ПДК. Кроме того, очищенные отходящие газы могут быть использованы в качестве топлива в оборудовании, служащем для получения энергии, например, в газовых турбинах.
Как видно из таблицы 1, суммарная мощность, потребляемая разрядниками в заявляемом устройстве, существенно ниже мощности, требуемой для эффективной очистки отходящих газов от вредных компонент в устройстве, принятом в качестве ближайшего аналога, что свидетельствует о высокой энергоэкономичности заявляемого устройства для очистки отходящих газов.
Ресурс эксплуатации заявляемого устройства не ограничен по времени, так как искровой промежуток разрядника постоянно очищается от сажи выделяемыми при электрическом разряде кислородом и озоном, а остальная часть сечения трубопровода остается свободной для прохождения потока газов.