BR102022006102B1 - ELECTROSTATIC PRECIPITATOR WITH TWO TRANSFORMERS PER FIELD, FOR INDEPENDENT ENERGIZATION OF A GROUP OF ELECTRODES AT THE BEGINNING AND ANOTHER GROUP OF ELECTRODES AT THE END OF THE SAME CORRIDOR - Google Patents
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Abstract
PRECIPITADOR ELETROSTÁTICO COM DOIS TRANSFORMADORES POR CAMPO, PARA ENERGIZAÇÃO INDEPENDENTE DE UM GRUPO DE ELETRODOS NO INÍCIO E DE OUTRO GRUPO DE ELETRODOS NO FINAL DO MESMO CORREDOR A invenção define um novo modelo de Precipitador Eletrostático (PE) e/ou uma nova forma de atualização de PEs já em operação. Ao mesmo tempo em que minimiza as dificuldades atuais de fabricação e/ou instalação da melhoria denominada Chaveamento Seletivo (CS), conforme o estado atual da técnica referido na PI 0503469, no MU BR10 2013 0319465 e no MU BR20 2017 0178035 do mesmo autor, cria uma nova variável de controle, inexistente nos PEs atuais e nas PI e MUs anteriores, cujo resultado será um aumento significativo em eficiência de coleta do PE, relativamente à possibilitada pelas técnicas descritas nas PI e MUs anteriores. Essa nova variável de controle é obtida pela adição de um segundo Transformador a cada Campo do PE, dedicado exclusivamente ao Chaveamento Seletivo. No estado da técnica atual, referido acima, a ideia é subir a tensão o mais alto possível para capturar as partículas finas no início do corredor junto com as partículas mais grossas, para obter o efeito esponja. Todavia, esse "mais alto possível" tem a limitação de obrigar o sequenciamento (...).ELECTROSTATIC PRECIPITATOR WITH TWO TRANSFORMERS PER FIELD, FOR INDEPENDENT ENERGIZATION OF A GROUP OF ELECTRODES AT THE BEGINNING AND ANOTHER GROUP OF ELECTRODES AT THE END OF THE SAME CORRIDOR The invention defines a new model of Electrostatic Precipitator (PE) and/or a new form of updating PEs already in operation. At the same time that it minimizes the current difficulties in manufacturing and/or installing the improvement called Selective Switching (CS), according to the current state of the art referred to in PI 0503469, in MU BR10 2013 0319465 and in MU BR20 2017 0178035 of the same author, creates a new control variable, non-existent in current PEs and previous PIs and MUs, the result of which will be a significant increase in PE collection efficiency, relative to that made possible by the techniques described in previous PIs and MUs. This new control variable is obtained by adding a second Transformer to each PE Field, dedicated exclusively to Selective Switching. In the current state of the art, mentioned above, the idea is to increase the voltage as high as possible to capture the fine particles at the beginning of the corridor along with the coarser particles, to obtain the sponge effect. However, this "highest possible" has the limitation of requiring sequencing (...).
Description
[001] Precipitadores Eletrostáticos (PEs) são equipamentos de controle de emissão de particulados de poluição industrial.[001] Electrostatic Precipitators (PEs) are industrial pollution particulate emission control equipment.
[002] Todos os PEs modernos tem o mesmo princípio básico de funcionamento: ao se aplicar alta tensão a uma série de eletrodos emissores consecutivos, posicionados em corredores paralelos, elementos esses que associados a um único Transformador de Alta Tensão formam um conjunto denominado CAMPO, obtém-se nos eletrodos emissores um efeito de ionização denominado Efeito Corona.[002] All modern PEs have the same basic operating principle: when high voltage is applied to a series of consecutive emitting electrodes, positioned in parallel corridors, these elements associated with a single High Voltage Transformer form a set called FIELD, an ionization effect called the Corona Effect is obtained on the emitting electrodes.
[003] Os íons gerados no Efeito Corona migram em direção às placas aterradas, denominadas placas coletoras, que formam as paredes de cada corredor do campo, e no trajeto emprestam cargas iônicas à partículas que viajam em suspensão no fluxo do efluente industrial à ser limpo.[003] The ions generated in the Corona Effect migrate towards the grounded plates, called collector plates, which form the walls of each corridor in the field, and along the way lend ionic charges to particles that travel in suspension in the flow of industrial effluent to be cleaned .
[004] Com a ação do Campo Elétrico oriundo dos eletrodos as partículas agora carregadas são empurradas em direção as placas coletoras, onde se depositam e posteriormente são retiradas por ações de batimento mecânico.[004] With the action of the Electric Field originating from the electrodes, the now charged particles are pushed towards the collector plates, where they are deposited and are subsequently removed by mechanical beating actions.
[005] As principais limitações da Eficiência nesse processo de coleta de partículas poluentes são denominadas Faiscamento e Corona Reversa. Estes dois efeitos são diretamente proporcionais à Alta Tensão aplicada, conforme descrito nas PI e MUs, do mesmo autor, referenciadas no RESUMO da presente PI.[005] The main limitations of Efficiency in this process of collecting polluting particles are called Sparking and Reverse Corona. These two effects are directly proportional to the High Voltage applied, as described in the PI and MUs, by the same author, referenced in the SUMMARY of this PI.
[006] Como descrito nas mesmas PI e MUs, a solução anterior denominada Chaveamento Seletivo veio com a finalidade de atacar essas limitações e ao mesmo tempo permitir ao PE operar em nível mais elevado de tensão, criando a capacidade de capturar partículas superfinas ao mesmo tempo em que captura partículas de maior diâmetro, criando uma camada mista que denominamos efeito esponja, Após várias tentativas, caras e demoradas, de implantação industrial, com dificuldades de obtenção de isolamento e de prevenção de coronas espúrias, ocorrendo na ligação entre o barramento interno e a alimentação individual dos eletrodos isolados, como era feito dentro do conceito original da PI 0503469, uma solução inédita foi encontrada pelo autor, a qual ao mesmo tempo em que minimiza potenciais repetições dos mesmos problemas na instalação e fabricação, CRIA UMA NOVA VARIÁVEL DE CONTROLE, NÃO EXISTENTE EM NENHUM PE MODERNO, QUE RESULTA NUM GRANDE AUMENTO DA EFICIÊNCIA DE COLETA.[006] As described in the same PI and MUs, the previous solution called Selective Switching came with the purpose of attacking these limitations and at the same time allowing the PE to operate at a higher voltage level, creating the ability to capture superfine particles at the same time in which it captures particles of larger diameter, creating a mixed layer that we call the sponge effect, After several expensive and time-consuming attempts at industrial implementation, with difficulties in obtaining isolation and preventing spurious coronas, occurring in the connection between the internal bus and the individual power supply of the isolated electrodes, as was done within the original concept of PI 0503469, an unprecedented solution was found by the author, which while minimizing potential repetitions of the same problems in installation and manufacturing, CREATES A NEW CONTROL VARIABLE , NOT EXISTING IN ANY MODERN PE, WHICH RESULTS IN A GREAT INCREASE IN COLLECTION EFFICIENCY.
[007] O problema técnico que não foi solucionado pelo estado da técnica é o fato de que todos os eletrodos de cada campo recebem a mesma tensão, independente de serem chaveados ou não. Mas os eletrodos não chaveados, mais ao final de cada corredor poderiam e deveriam receber uma tensão mais elevada, já que nessa região, após a coleta parcial já ter ocorrido nos eletrodos chaveados no início do corredor, existe sempre uma concentração MENOR de particulados em suspensão. Esse fato evidente permite o uso de uma tensão mais elevada nessa região, e consequente maior eficiência de coleta. Como os PEs modernos só possuem um transformador por campo, por definição, só e possível aplicar a mesma tensão em todos os eletrodos do corredor. A solução inédita foi desenvolver a invenção de PEs com 2 Transformadores por CAMPO, um para a ação convencional, que vai agir sobre os eletrodos não chaveados ao final dos corredores e outro dedicado ao Chaveamento Seletivo. Como as tensões em cada transformador podem ser aplicadas em valores diferentes, criou-se a NOVA VARIÁVEL DE CONTROLE referida. E isso traz um aumento importantíssimono OBJETIVO PRINCIPAL DO PE QUE É TER ALTA EFICIENCIA DE COLETA DE PARTICULADOS EM SUSPENSÃO.[007] The technical problem that has not been solved by the state of the art is the fact that all electrodes in each field receive the same voltage, regardless of whether they are switched or not. But the non-switched electrodes, towards the end of each corridor, could and should receive a higher voltage, since in this region, after partial collection has already occurred in the switched electrodes at the beginning of the corridor, there is always a LOWER concentration of suspended particulates. . This evident fact allows the use of a higher voltage in this region, and consequently greater collection efficiency. As modern PEs only have one transformer per field, by definition, it is only possible to apply the same voltage to all electrodes in the corridor. The unprecedented solution was to develop the invention of PEs with 2 Transformers per FIELD, one for conventional action, which will act on the non-switched electrodes at the end of the corridors and another dedicated to Selective Switching. As the voltages in each transformer can be applied at different values, the NEW CONTROL VARIABLE referred to was created. And this brings a very important increase in PE'S MAIN OBJECTIVE, WHICH IS TO HAVE HIGH EFFICIENCY IN SUSPENSION PARTICULATE COLLECTION.
[008] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um corredor com 09 eletrodos (é uma reprodução da Figura original na PI 0503469, do mesmo autor, para finalidade comparativa) mostrando os eletrodos providos de relés conectados ao barramento interno. Abaixo os elementos que são mostrados na Figura 1: Direção do escoamento (1) Placa coletora (2) 1 dos 9 eletrodos (3) Linha de eletrodos onde ocorre o maior acúmulo potencial (4) Linha de eletrodos onde ocorre o segundo maior acúmulo potencial (5) Chaves (relés) (6) Barramento interno de energização dos eletrodos (7)[008] Figure 1 shows a perspective view of a corridor with 9 electrodes (it is a reproduction of the original Figure in PI 0503469, by the same author, for comparative purposes) showing the electrodes provided with relays connected to the internal bus. Below are the elements shown in Figure 1: Flow direction (1) Collector plate (2) 1 of the 9 electrodes (3) Line of electrodes where the largest potential accumulation occurs (4) Line of electrodes where the second largest potential accumulation occurs (5) Switches (relays) (6) Internal electrode energization bus (7)
[009] A figura 2 mostra o esquema inovador de energização dos eletrodos de um mesmo Campo, com os eletrodos no final do corredor sendo alimentados pelo Transformador de Alta Tensão número 1 enquanto que os eletrodos no inicio do corredor são alimentados independentemente pelo Transformador de Alta Tensão numero 2. Abaixo os elementos que são mostrados na Figura 2: Transformador principal (8) Transformador dedicado ao chaveamento (9) Teto frio (10) Teto quente (11) Barras condutoras e de distribuição da AT (12) Caixa de Relés (13) Cabos flexíveis de alto isolamento (14) Isoladores locais de eletrodos (15) Barramento interno de AT (16) Eletrodos (17)[009] Figure 2 shows the innovative scheme for energizing the electrodes of the same Field, with the electrodes at the end of the corridor being powered by High Voltage Transformer number 1 while the electrodes at the beginning of the corridor are powered independently by the High Voltage Transformer. Voltage number 2. Below are the elements shown in Figure 2: Main transformer (8) Transformer dedicated to switching (9) Cold ceiling (10) Hot ceiling (11) AT conductor and distribution bars (12) Relay box ( 13) High insulation flexible cables (14) Local electrode insulators (15) Internal HV busbar (16) Electrodes (17)
[010] A nova configuração elimina a necessidade de “derivar” a alta tensão desde o barramento interno até a caixa de relés e retornar aos eletrodos, o que elimina os principais pontos de ionização espúria no barramento interno e também reduz a furação nos tetos, com eliminação de muitos potenciais pontos de fuga de tensão. Essa solução por si só tem um alto valor do ponto de vista da viabilidade prática de construção da tecnologia.[010] The new configuration eliminates the need to “shunt” the high voltage from the internal bus to the relay box and return to the electrodes, which eliminates the main spurious ionization points on the internal bus and also reduces drilling in ceilings, with the elimination of many potential voltage leakage points. This solution in itself has a high value from the point of view of the practical feasibility of building the technology.
[011] Todavia, o resultado mais importante e que justifica o Presente Pedido como uma real INOVAÇÃO É O FATO, PERCEPTIVEL A QUALQUER TÉCNICO, QUE AO SE INSTALAR 2 TRANSFORMADORES POR CAMPO, DE FORMA INÉDITA, passa a existir a possibilidade de se aplicar dois níveis de tensão diferentes ao longo de um mesmo corredor. Isso representa um importante grau de liberdade para a parametrização, com consequências extremamente favoráveis sobre a Eficiência Global do Precipitador, como explicado nos Fundamentos da Invenção, parágrafo “O problema técnico que não foi solucionado pelo estado da técnica”, do presente texto.[011] However, the most important result that justifies this Request as a real INNOVATION IS THE FACT, NOTICEABLE TO ANY TECHNICIAN, THAT WHEN INSTALLING 2 TRANSFORMERS PER FIELD, IN AN UNPRECEDENTED WAY, there is now the possibility of applying two different tension levels along the same corridor. This represents an important degree of freedom for parameterization, with extremely favorable consequences on the Global Efficiency of the Precipitator, as explained in the Fundamentals of the Invention, paragraph “The technical problem that was not solved by the state of the art”, of this text.
[012] Os Precipitadores Eletrostáticos Industriais têm mantido a concepção de construção praticamente inalterada desde os primórdios, sendo essa concepção o uso dos Campos, cada campo controlado por seu próprio Transformador.[012] Industrial Electrostatic Precipitators have maintained the construction concept practically unchanged since the beginning, this concept being the use of Fields, each field controlled by its own Transformer.
[013] As melhorias técnicas que foram sendo feitas ao longo dos anos são muitas e variadas, desde formato de eletrodos a técnicas de recuperação de energização pós-batimentos até às próprias formas de batimentos. Nenhuma delas, todavia, sequer se aproximou do conceito aqui apresentado de operar a mesma linha de eletrodos de forma diferente em suas seções de entrada e saída. Simplesmente não há motivo para um fabricante colocar 2 transformadores por campo, a não ser talvez deixar um de stand by. A operação de 2 transformadores simultaneamente por campo só se justifica dentro da presente invenção.[013] The technical improvements that have been made over the years are many and varied, from electrode formats to post-beat energization recovery techniques to the beat shapes themselves. None of them, however, even came close to the concept presented here of operating the same line of electrodes differently in its input and output sections. There is simply no reason for a manufacturer to place 2 transformers per field, other than perhaps leaving one on standby. The operation of 2 transformers simultaneously per field is only justified within the present invention.
[014] A invenção define um novo modelo de Precipitador Eletrostático (PE) e/ou uma nova forma de atualização de PEs já em operação. Ao mesmo tempo em que minimiza as dificuldades atuais de fabricação e/ou instalação da melhoria denominada Chaveamento Seletivo (CS), conforme o estado atual da técnica referido na PI 0503469, no MU BR10 2013 0319465 e no MU BR20 2017 0178035 do mesmo autor, cria uma nova variável de controle, inexistente nos PEs atuais e nas PI e MUs anteriores, cujo resultado será um aumento significativo em eficiência de coleta do PE, relativamente à possibilitada pelas técnicas descritas nas PI e MUs anteriores.[014] The invention defines a new model of Electrostatic Precipitator (PE) and/or a new way of updating PEs already in operation. At the same time that it minimizes the current difficulties in manufacturing and/or installing the improvement called Selective Switching (CS), according to the current state of the art referred to in PI 0503469, in MU BR10 2013 0319465 and in MU BR20 2017 0178035 of the same author, creates a new control variable, non-existent in current PEs and previous PIs and MUs, the result of which will be a significant increase in PE collection efficiency, relative to that made possible by the techniques described in previous PIs and MUs.
[015] O Chaveamento Seletivo original foi testado em dois experimentos de Laboratório, sendo um deles em Escala Real e apresentou resultados excelentes. Ao ser tentado sua concretização em ambiente industrial encontrou-se uma série de problemas de isolamento e ionizações espúrias que inviabilizaram sua aplicação. A presente invenção apresenta sólidas razões para evitar a repetição dos mesmos problemas. ALÉM DISSO, AO BUSCARMOS ENCONTRAR A SOLUÇÃO PARA OS PROBLEMAS REFERIDOS, ACABAMOS POR ENCONTRAR UMA NOVA VARIÁVEL DE CONTROLE, REPRESENTADA PELO TRANSFORMADOR EXTRA, QUE IMPLICA EM UMA ENORME VANTAGEM DE PARAMETRIZAÇÃO E QUE VAI RESULTAR EM UMA MUITO MELHOR EFICIENCIA DE CONTROLE COMPARADA COM TODOS AS TECNICAS E FABRICAÇÕES ANTERIORES.[015] The original Selective Switching was tested in two Laboratory experiments, one of them on a Full Scale, and presented excellent results. When attempting to implement it in an industrial environment, a series of insulation problems and spurious ionizations were encountered that made its application unfeasible. The present invention presents solid reasons to avoid the repetition of the same problems. IN ADDITION, WHEN WE SEEK TO FIND A SOLUTION TO THE PROBLEMS MENTIONED, WE ENDED UP FINDING A NEW CONTROL VARIABLE, REPRESENTED BY THE EXTRA TRANSFORMER, WHICH IMPLIES A HUGE PARAMETERIZATION ADVANTAGE AND WHICH WILL RESULT IN A MUCH BETTER CONTROL EFFICIENCY COMPARED TO ALL PREVIOUS TECHNIQUES AND FABRICATIONS.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 30/03/2022, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |