ES2881697T3

ES2881697T3 - Precipitador electrostático autorregenerable

Info

Publication number: ES2881697T3
Application number: ES16382292T
Authority: ES
Inventors: Tabares Jose Luis Miguez; Fresco Jacobo Porteiro; Vilas David Patino; Alvarez Enrique Granada
Original assignee: Universidade de Vigo
Current assignee: Universidade de Vigo
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: DK3112030T3; ES1147908Y; ES1147908U; EP3112030A1; EP3112030B1

Abstract

Un precipitador electrostático autorregenerable, que comprende un electrodo de descarga (1) ubicado dentro de un conducto de gas (3) para generar una descarga en corona y para depositar partículas sólidas en suspensión en una corriente de gas (11) que circula por el conducto (3) en una capa de deposición (4) sobre la pared interior del conducto (3), que comprende al menos un elemento de sujeción (2) para fijar el electrodo de descarga (1) en el interior del conducto (3) caracterizado porque el precipitador electrostático (10) comprende al menos un conjunto de limpieza (7) dispuesto en el exterior y alrededor del conducto (3) para calentar la pared interior del conducto (3) por inducción electromagnética, siendo cada conjunto de limpieza (7) independiente del resto y teniendo al menos una bobina de inducción (6) y al menos una capa de material aislante (5); y en el que el precipitador electrostático (10) comprende medios para mover el al menos un conjunto de limpieza (7) a lo largo de una sección del conducto (3).

Description

DESCRIPCIÓN

Precipitador electrostático autorregenerable

Campo de la invención

La presente invención está comprendida en el campo de los sistemas o aparatos para la reducción de emisiones contaminantes en sistemas de combustión, y más concretamente para la reducción de las emisiones de partículas en suspensión en una corriente de gas generada, por ejemplo, por una caldera de biomasa o un motor diésel. En particular, la invención está comprendida en el campo de los precipitadores electrostáticos.

Técnica anterior

Cualquier sistema de combustión es susceptible de generar emisiones contaminantes. Estas emisiones serán gaseosas pero también pueden contener partículas sólidas o líquidas en suspensión, como resultado de una combustión imperfecta o cenizas presentes en el combustible que abandonan el sistema con la corriente de gas. Especialmente singulares por este tipo de emisiones son los sistemas de combustión sólida (biomasa y carbón) así como los motores alternativos de combustión interna (especialmente diésel). La razón de su peligrosidad radica en el elevado número de partículas emitidas y su reducido tamaño (menor de 1 pm) difícilmente sedimentables en la atmósfera e imposibles de filtrar por el sistema respiratorio humano.

Por las razones explicadas, es habitual la introducción de elementos de filtrado en estos sistemas de combustión, para minimizar las emisiones de partículas. Aunque menos extendida en el ámbito de las calderas de biomasa, los filtros de partículas se instalan regularmente en los motores diésel para cumplir las normativas medioambientales. Existen diversas estrategias para reducir las emisiones de partículas. Pueden emplearse, entre otros, cámaras de sedimentación o ciclones que separan las partículas por fuerza centrífuga, sistemas de filtrado que retienen mediante un lecho poroso (por ejemplo de fibra) los aerosoles, o precipitadores electrostáticos que cargan eléctricamente las partículas para después eliminarlas de la corriente de gas gracias al intenso campo eléctrico generado entre dos electrodos.

Cada uno de los sistemas mencionados tiene unas características que los hacen más o menos ventajosos en función del tipo de sistema de combustión. En muchos casos uno de los mayores problemas de aplicación es la remoción de las partículas depositadas a lo largo de la vida útil del filtro. Como ejemplo, en los motores diésel se emplea un sistema de filtrado que va acumulando las partículas inquemadas (de origen orgánico) y cada cierto tiempo emplean un ciclo de regeneración. Esto es, envían gases muy calientes al filtro y gracias a la alta temperatura alcanzada consiguen requemar las partículas depositadas, recuperando la eficiencia del elemento filtrante.

En otros casos, como por ejemplo en los precipitadores electrostáticos, es común la introducción de un elemento mecánico sobre el colector de deposición que cada cierto tiempo agita, rasca o golpea el colector, desprendiendo las partículas que son recogidas en un depósito de residuos en la zona inferior.

En la literatura científica y de patentes existen diversas propuestas para regeneración o limpieza de sistemas de filtrado de partículas, mayormente basadas en ciclos de regeneración con gases calientes o en la aplicación de técnicas de calentamiento eléctrico.

La presente invención propone un sistema de filtrado de partículas por precipitación electrostática que resuelve los mencionados problemas en la técnica anterior.

En este punto, se cita el documento JP2002047914 que divulga un dispositivo de control de emisiones de escape para reducir la cantidad de gas de escape descargado de un motor de automóvil diesel, que comprende una bobina electromagnética en la parte inferior de un tubo colector cerrado con materiales de adsorción, donde esta bobina electromagnética calienta una placa de cerámica y tiene un ventilador accionado eléctricamente para enfriar. Sin embargo, no puede disponerse verticalmente en la parte exterior de un cilindro abierto y difiere del sistema de filtrado de partículas de la presente solicitud de patente.

Divulgación de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de filtrado de partículas utilizando precipitación electrostática que se limpia de manera autónoma mediante calentamiento de las paredes por inducción electromagnética. Este método de autolimpieza permite el funcionamiento continuo del dispositivo y la eliminación de la mayor parte de la masa atrapada, reduciendo así las emisiones de partículas sólidas en suspensión en una corriente de gas de manera continua.

La presente invención propone un sistema para filtrar partículas sólidas provenientes de combustión mediante un precipitador electrostático autorregenerable. Un precipitador cilíndrico con un electrodo de alto voltaje en el centro de la chimenea o conducto de gases genera un intenso campo eléctrico que acarrea la creación de una región de descarga en corona. Las partículas en suspensión en la corriente gaseosa, en su mayoría de origen carbónico (inquemados) se ionizan y son desviadas hacia el electrodo de deposición por el mismo campo eléctrico que las cargó u otro diferente (precipitador de una o dos etapas). El electrodo de deposición de la presente invención será el cuerpo cilíndrico exterior del conducto (o conductos) en los que se realice la deposición.

A medida que se va depositando material sobre la chimenea, y siempre antes de que se debilite el campo eléctrico y empeore la eficiencia de filtrado se activará eléctricamente una serie bobinas de inducción externos al tubo. Estas bobinas arrolladas alrededor del conducto recibirán corriente alterna de alta frecuencia, generando una inducción electromagnética en la pared del conducto y con ello su calentamiento por las corrientes inducidas en las mismas. Ello conllevará la elevación de la temperatura de la pared hasta que sea lo suficientemente alta como para iniciar la combustión de las partículas que están depositadas en la cara interior del conducto. En caso de que la superficie de deposición sea mayor que la superficie cubierta por las bobinas inductoras se prevén dos alternativas: el movimiento relativo de las bobinas con respecto al conducto, o la existencia de diversas bobinas que se activan secuencialmente para calentar la totalidad de la superficie.

La invención se refiere a un precipitador electrostático autorregenerable, del tipo que comprende un electrodo de descarga ubicado en el interior de un conducto de gases para la generación de una descarga en corona y la deposición de partículas sólidas en suspensión en una corriente de gas que circula por el conducto en una capa de deposición en la pared interna del conducto. El precipitador electrostático autorregenerable comprende al menos un conjunto de limpieza dispuesto en el exterior del conducto, disponiendo cada conjunto de limpieza de al menos una bobina de inducción arrollada alrededor del conducto para generar calentamiento en la pared del conducto por inducción electromagnética. El precipitador electrostático comprende medios para mover el al menos un conjunto de limpieza a lo largo de una sección del conducto.

La al menos una bobina de inducción de cada conjunto de limpieza está rodeada por al menos una capa de material aislante. El precipitador electrostático comprende al menos un elemento de sujeción para la fijación del electrodo de descarga en el interior del conducto.

En una realización preferida, el precipitador electrostático comprende varios conjuntos de limpieza cuyas bobinas de inducción se activan conjuntamente o de manera secuencial.

El precipitador electrostático puede comprender además medios generadores de corriente alterna de alta frecuencia en la al menos una bobina de inducción.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 es una vista en sección transversal de un conjunto de limpieza y regeneración.

La Figura 2 muestra una sección transversal en detalle del conjunto de limpieza y regeneración de la Figura 1. La Figura 3 muestra una vista en sección transversal de la presente invención.

Divulgaación detallada de la invención

El equipo de retención de partículas utilizado en la presente invención es un precipitador electrostático cilíndrico. La Figura 1 representa una sección transversal del precipitador electrostático 10 formado por un electrodo de descarga 1, unos elementos de sujeción 2 para sujetar el electrodo de descarga y un conducto de gases 3 por el interior del cual circulan los gases de combustión y en el que las partículas recogidas se acumulan en una capa de deposición 4 que tiene espesor creciente. El sistema de regeneración está formado por conjuntos de bobinas de inducción 6, de cable conductor, y capas de material aislante 5.

El electrodo de descarga 1 genera la descarga en corona para cargar las partículas sólidas en los gases de combustión con partículas 11 (la corriente de humos). En la misma región, o en otra ubicada a continuación, el campo eléctrico generado entre el electrodo de descarga 1 y la pared del conducto 3 (el electrodo de deposición), desvía las partículas en suspensión y hace que sean atrapadas, saliendo del sistema de filtrado gases limpios 12, libres de partículas. La sujeción del electrodo de descarga 1 central puede realizarse de diversos modos (brazos separadores, electrodo flotante,...) sin que ello afecte la naturaleza de la presente invención. En el ejemplo mostrado en la Figura 1 se realiza mediante unos brazos de sujeción 2 construidos en un material aislante eléctrico.

Cuando el precipitador electrostático 10 está funcionando, las partículas serán retenidas e irán creando una capa de deposición 4 que tiene un espesor creciente adherido al electrodo exterior. A medida que esta capa de deposición 4 crece, el funcionamiento del sistema empeora y la eficiencia de retención baja paulatinamente debido al debilitamiento del campo eléctrico y a la cada vez más probable reinserción de partículas depositadas por erosión con el propio gas. Por ello que resulta necesario eliminar o reducir periódicamente la capa de suciedad. Para ello se incorpora en la presente invención un sistema de regeneración o autolimpieza. Está conformado por una serie de bobinas de inducción 6 arrolladas alrededor del conducto 3. Para protegerlas de la alta temperatura y evitar contactos eléctricos indeseados están aisladas por su parte interior y exterior con unas capas de material aislante 5. Cuando se ejecuta la secuencia de limpieza las bobinas de inducción 6 son sometidas a una corriente alterna de alta frecuencia, provocando la inducción de corrientes eléctricas en el cuerpo del electrodo de deposición 3. Como consecuencia de esta inducción el conducto elevará su temperatura hasta valores superiores a la temperatura de ignición de las partículas depositadas en la capa de deposición 4. Estas partículas, en presencia del oxígeno que puedan contener los gases de combustión con partículas 11 que fluyen por el interior del conducto 3 y alta temperatura en la pared se quemarán y reducirán con ello la masa y espesor de la capa de deposición 4.

El proceso de limpieza se basa por tanto en el requemado de las partículas depositadas por alta temperatura generada mediante inducción electromagnética sobre el electrodo de deposición.

El sistema de limpieza y regeneración puede estar formado por varios conjuntos de limpieza 7, tal y como se muestra en la Figura 1, en el que se aprecian cuatro conjuntos de limpieza 7 independientes, cada uno de ellos formado por una bobina de inducción 6 arrollada y dos capas de material aislante 5. En la Figura 2 se muestra una vista del detalle A de la Figura 1, en la que se aprecia un conjunto de limpieza y regeneración. El sistema de regeneración está formado, por tanto, por diferentes conjuntos de bobinas de inducción 6 y capas de material aislante 5. Se pueden emplear tantos conjuntos de limpieza como sea necesario para quemar las partículas depositadas a lo largo de toda la pared del conducto 3. Además, la activación de los diferentes conjuntos de limpieza no tiene que ser conjunta, sino que pueden activarse alternativamente en función de las necesidades de limpieza. Si fuera necesario, el conjunto de limpieza 7 podría ser único y desplazarse a lo largo del conducto 3 como se muestra en la Figura 3. El funcionamiento de la invención es el mismo que el explicado anteriormente pero ahora el sistema de regeneración o limpieza se desplaza verticalmente mediante un mecanismo mecánico, eléctrico o magnético hasta la zona del conducto que debe ser limpiada. Alcanzada la posición se actúa eléctricamente volatilizando las partículas localizadas en esa zona.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un precipitador electrostático autorregenerable, que comprende un electrodo de descarga (1) ubicado dentro de un conducto de gas (3) para generar una descarga en corona y para depositar partículas sólidas en suspensión en una corriente de gas (11) que circula por el conducto (3) en una capa de deposición (4) sobre la pared interior del conducto (3), que comprende al menos un elemento de sujeción (2) para fijar el electrodo de descarga (1) en el interior del conducto (3) caracterizado porque el precipitador electrostático (10) comprende al menos un conjunto de limpieza (7) dispuesto en el exterior y alrededor del conducto (3) para calentar la pared interior del conducto (3) por inducción electromagnética, siendo cada conjunto de limpieza (7) independiente del resto y teniendo al menos una bobina de inducción (6) y al menos una capa de material aislante (5); y en el que el precipitador electrostático (10) comprende medios para mover el al menos un conjunto de limpieza (7) a lo largo de una sección del conducto (3).

2. El precipitador electrostático autorregenerativo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada bobina de inducción (6) de la pluralidad de conjuntos de limpieza (7) se activa de forma conjunta o secuencial.

3. El precipitador electrostático autorregenerativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios generadores de corriente alterna de alta frecuencia en al menos una bobina de inducción (6).