HU223251B1

HU223251B1 - Lamináris áramlású elektrosztatikus leválasztó rendszer

Info

Publication number: HU223251B1
Application number: HU9602170A
Authority: HU
Inventors: Paul L. Feldman; Krishnaswamy S. Kumar
Original assignee: Environmental Elements Corporation
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2004-04-28
Also published as: HUP9602170A2; ES2166428T3; CN1147981A; AU6192196A; CA2182774A1; RU2218993C2; HUP9602170A3; TW362033B; AU715203B2; EP0757923B1; BR9604073A; CN1103250C; PL315566A1; CZ292147B6; JPH0947684A; ATE209967T1; HU9602170D0; DE69617559D1; ZA966712B; CZ233396A3

Abstract

A találmány tárgya elektrosztatikus leválasztórendszer égéstermékgázáltal hordozott szubmikron méretű részecskék eltávolítására, különösenlamináris áramlású elektrosztatikus leválasztórendszer, amely arészecskéket hordozó gáz lamináris áramlását használja szubmikronméretű részecskék eltávolításának javítására. A rendszer tartalmaz:házat (205), amely égéstermék-vezetékkel közegvezető összeköttetésbenvan, első áramforrást (150), továbbá a gázáramlás irányábanelhelyezett töltőegységet (210) elektródokkal (212, 214) a házban(205) lévő részecskék elektrosztatikus feltöltésére, másodikáramforrást (150a), agglomerálóegységet (215) a töltőegységet (210)követően, majd részecskegyűjtő szakaszt (220) az agglomeráltrészecskék összegyűjtésére. ŕ

Description

A találmány tárgya elektrosztatikus leválasztórendszer. Ezzel a rendszerrel a részecskéknek gyakorlatilag 100%-át le lehet választani. A találmány tárgya különösen lamináris áramlású elektrosztatikus leválasztót tartalmazó elektrosztatikus leválasztórendszer lamináris áramlás felhasználásával, égéstermékgáz által hordozott szubmikron méretű részecskék eltávolítására, amely tartalmaz egy házat, amely közegvezető összeköttetésben van egy égéstermék-vezetékkel. Lamináris áramlás létrehozása végett a leválasztó fel van osztva egyrészt egy villamosán töltő egységre, amely a gázáram által hordozott részecskéket villamosán feltölti, másrészt egy részecskegyűjtő egységre, amelyben a töltött részecskék odavonzása végett a töltött részecskék potenciáljától eltérő potenciálon lévő elektród van.

A szokványos ipari lamináris elektrosztatikus leválasztok a száraz részecskéket párhuzamos lemezeket tartalmazó, vízszintes áramlású, negatív polaritású, egylépcsős rendszerekben gyűjtik össze. A részecskegyűjtő lemezek közötti távolság általában 230 és 400 mm (9” és 16”) között van, és a lemez magassága elérheti a 15 m-t (50 láb). Az áramlás a leválasztóban lényegében mindig a turbulens tartományban van. A turbulens áramlás miatt a leválasztó várható részecskegyűjtési hatásfokát a Deutsch-féle modell használatával állapítják meg. A Deutsch-féle modell feltételezi, hogy a turbulencia előidézi a részecskék teljes elkeveredését a gázáramlás turbulens magjában, és villamos erők csak a lamináris határrétegen keresztül hatnak. Ez a modell exponenciális egyenlethez vezet, ami összefüggést határoz meg egyrészt a részecskegyűjtési hatásfok, másrészt a részecskék villamos vándorlási sebességének és a leválasztó fajlagos részecskegyűjtő területének szorzata között. Az egyenlet exponenciális volta azt jelenti, hogy a fajlagos részecskegyűjtő terület növekedése a részecskegyűjtési hatásfok magas szintjein a hatásfok csökkenő javulását eredményezi. Ezért turbulens áramlás esetében a részecskegyűjtés 100%-os hatásfokszintje csak aszimptotikusan közelíthető, és valójában nem érhető el, bármilyen nagy is a leválasztó.

Az US 2,422,564 számú szabadalmi leírásban közölt megoldásban porleválasztásra használnak elektrosztatikus eszközöket. Egy sor cső alakú, alacsony potrenciálra kapcsolt elektródot alkalmaznak, valamint szigetelt ionizáló huzalokat, amelyek koaxiálisán vannak a cső alakú elektródokon belül elrendezve. Egy magas potenciálú vezetőrendszer segítségével a szigetelt ionizáló huzalokat feltöltik, és a cső alakú elektródokon belül így kialakuló elektrosztatikus téren vezetik keresztül a tisztítandó poros levegőt. A porszemcsék áthaladva feltöltődnek, majd egy leválasztóegységben további elektródák révén kerülnek leválasztásra.

A DE 3324803 számú szabadalmi leírásban egy kézi anyagmozgatás során az ózon nitrogén oxid redukcióját befolyásoló elrendezés szerepel az egészségkárosító hatás csökkentése érdekében. A GB 913172 számú szabadalmi leírás megoldása elektrosztatikusán töltött részecskék leválasztására szolgál egy olyan ionizációs zóna segítségével, amelyben legalább két egymást követő mintavételi zóna van. Ez lényegét tekintve egy háromfokozatú elektrosztatikus szűrő, egy ionizációs zónával és két leválasztózónával. Végül a HU 205725 számú szabadalmi leírásban egy porleválasztó berendezést láthatunk, meghatározott profilú és elrendezésű töltő- és leválasztóelektródokkal. A töltőelektródok L alakúak, és az L profil hosszabbik szárára acéltüskék vannak felerősítve. A felfogóelektródok mindkét oldalon behajlított, váltakozva egymással szembefordított, hullámfelületet képező acéllemez szalagokból állnak. A leválasztókamra hosszanti oldalfalai leválasztóelektródként működnek.

Találmányunk célja olyan elektrosztatikus leválasztórendszer, amellyel közel 100%-os részecskegyűjtési, leválasztás! hatásfok érhető el. Ehhez találmányunk lényegi felismerése, hogy a gázáramlás irányában három jól elkülöníthető részre kell az elrendezést felosztani. Az első egy töltést ad a részecskéknek, a második agglomerálja, vagyis összetapadás révén nagyobbakká alakítja a szubmikronos részecskéket, a harmadik pedig leválasztja az agglomerált részecskéket. Mindeközben a második és a harmadik rész olyan elektródelrendezésű, hogy a rajta keresztüláramló égéstermékgáz-áram lamináris áramlású legyen.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a bevezető szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer tartalmaz továbbá egy első áramforrást, amelynek van egy első kimeneti vezetéke és egy második kimeneti vezetéke, amelyek között egy első potenciálkülönbség van;

egy töltőegységet elektródokkal a házban lévő részecskék elektrosztatikus feltöltésére, ahol a feltöltött részecskék között szubmikron méretű részecskék vannak, amely töltőegység az égéstermékgáz átáramoltatása végett közegvezető összeköttetésben van az égéstermék-vezetékkel, továbbá rá van kötve az első áramfonás első és második kimeneti vezetékére, ezzel előre meghatározott polaritású töltést adva az égéstermékgáz által hordozott részecskéknek;

egy második áramforrást, amelynek van egy első kimeneti vezetéke és egy második kimeneti vezetéke, amelyek között egy második potenciálkülönbség van, ahol a második potenciálkülönbség kisebb, mint az első potenciálkülönbség;

egy agglomerálóegységet a gázáramlás irányában a töltőegységet követően elrendezve, amely több hosszirányban elhelyezkedő lemez alakú elektródot tartalmaz, amelyek párhuzamosan, egymáshoz közeli térközzel vannak elrendezve, az elektródok száma és térköze olyan, amely lamináris gázáramlást eredményez az elrendezésen keresztül, az elektródok váltakozva a második áramforrás első és második kimeneti vezetékére vannak kötve, így a szomszédos elektródok között váltakozó polaritással a második potenciálkülönbség van, amely második potenciálkülönbség elegendő nagyságú a részecskék odavonzásához és agglomerálásához, de nem elegendő nagyságú az agglomerált részecskék lamináris gázáramlásba való visszalépésének megakadályozásához; és végül tartalmaz egy részecskegyűjtő szakaszt az agglomerált részecskék összegyűjtésére, amely a gázáramlás irányában az agglomerálóegység után van elhelyezve.

HU 223 251 Bl

Másik fő kivitelében az elektrosztatikus leválasztórendszer tartalmaz továbbá egy agglomerálóegységet a gázáramlás irányában a töltőegységet követően elrendezve, és azzal áramlási csatlakozásban, amely több hosszirányban elhelyezkedő lemezelektródot tartalmaz, amelyek párhuzamosan, egymáshoz közeli térközzel vannak elrendezve, és amely elektródok egyike sem koronakisülést indukáló típusú, az elektródok száma és térköze olyan, amely lamináris gázáramlást eredményez az elrendezésen keresztül, az elektródok váltakozva egy egyenfeszültségkülönbség ellentétes polaritású pólusaira vannak kötve, amely egyenfeszültség-különbség elegendő nagyságú a részecskék odavonzásához és agglomerálásához, de nem elegendő nagyságú az agglomerált részecskék lamináris gázáramlásba való visszalépésének megakadályozásához; és végül tartalmaz egy részecskegyűjtő szakaszt az agglomerált részecskék összegyűjtésére, amely a gázáramlás irányában az agglomerálóegység után van elhelyezve, és azzal áramlási kapcsolatban van.

A részecskegyűjtő egység előnyös módon több, hosszirányban kiterjedő, egymással párhuzamos, cső alakú tagot tartalmaz, amelyek a bennük átáramló égéstermékgáz áramát laminárissá teszik. A cső alakú tagok villamosán vezetőek és az áramforrásra vannak kötve. A cső alakú tagok keresztmetszete előnyös módon kör alakú. Egy másik változat szerint a cső alakú tagok keresztmetszete sokszög alakú.

A feltöltőegység előnyös módon több henger alakú elektródot tartalmaz, amelyek az áramforrás második kimenetére vannak kötve, és legalább részben a megfelelő cső alakú tag áramlási irányban elöl lévő, előre meghatározott részében vannak elhelyezve.

A henger alakú elektródoknak előnyös módon van egy első átmérőjű része és egy második átmérőjű része. Az első átmérőjű rész a megfelelő cső alakú tag áramlási irányban elöl lévő, előre meghatározott csőrészében van elhelyezve, és olyan előre meghatározott átmérője van, hogy koronakisülést hoz létre abban. A második átmérőjű csőrész legalább a cső alakú tag megmaradó részében van elhelyezve, és olyan előre meghatározott átmérője van, hogy gátolja a koronakisülést abban, ugyanakkor növeli az elektrosztatikus mezőt a cső alakú tagban.

Előnyös módon a ház függőleges irányban van elhelyezve, a felső végén van egy beömlőnyílás, és szemben lévő, alsó végén van egy kiömlőnyílás. A ház kiömlőnyílása egy szűrőre van kötve, amely az összeállt (agglomeráiódott) részecskéket eltávolítja, hogy az égéstermékgáz átáramolhasson.

A rendszer előnyös módon tartalmaz továbbá egy agglomerálóegységet, amely a feltöltőegység és a részecskegyűjtő egység között van elhelyezve, és amelyre egy áramforrás van kötve. Az agglomerálóegység több, hosszirányban kiterjedő lemez alakú elektródot tartalmaz, amelyek lényegében egymástól bizonyos távolságban, egymással párhuzamosan vannak elhelyezve, és a bennük átáramló égéstermékgáz áramát lényegében laminárissá teszik.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra az elektrosztatikus leválasztórendszer egy kiviteli alakjának tömbvázlata, a

2. ábra az elektrosztatikus leválasztórendszer második kiviteli alakjának tömbvázlata, a

3. ábra az elektrosztatikus leválasztórendszer részecskegyűjtő egysége egy részének az

1. ábra 3-3 metszésvonala szerinti metszete, a

4. ábra a 3. ábra szerinti részecskegyűjtő egység egy másik kiviteli alakjának metszete, az

5. ábra a töltőegység és a részecskegyűjtő egység keresztmetszete, amelyen ezek villamos bekötése látható, a

6. ábra egy integrált töltő és a részecskegyűjtő egység keresztmetszete, a

7. ábra a találmány szerinti integrált töltő és a részecskegyűjtő egység egy másik kiviteli alakjának keresztmetszete, a

8. ábra a találmány szerinti integrált töltő és a részecskegyűjtő egység egy további kiviteli alakjának keresztmetszete, a

9. ábra a találmány szerinti rendszer egy másik kiviteli alakjának tömbvázlata,

10. ábra a 9. ábra szerinti kiviteli alak egy részének keresztmetszete.

Az 1. ábrán látható 100 elektrosztatikus leválasztórendszer az egy gáz által hordozott részecskék 10 részecskeforrása és a gázt a légkörbe kibocsátó 14 kémény közé van kötve. A 10 részecskeforrás bármilyen típusú részecskeforrás lehet, így széntüzelésű vagy olajtüzelésű kemence vagy kazán, különféle típusú égetőkemencék (incinerátorok) és minden égési folyamat, amelyben részecske alakú, veszélyes levegőszennyezők keletkeznek. Széntüzelésű kemence esetén például a 10 részecskeforrásnak van egy 12 égéstermék-vezetéke, amely a lamináris áramlású leválasztó függőleges 105 házának 108 gázbeömlőnyílásához csatlakozik.

A102 leválasztóba a 108 gázbeömlőnyíláson át belépő égéstermékgáz által hordozott részecskéket előbb fel kell tölteni azelőtt, hogy elektrosztatikus vonzással - valamennyi elektrosztatikus leválasztó működési elve szerint - el lehet távolítani őket. Ez a töltés lehet negatív vagy pozitív, bár többnyire negatív töltést alkalmaznak. A 102 leválasztó speciálisan úgy van kialakítva, hogy a részecskék eltávolítási hatásfokának növelése végett az égéstermékgáz áramlását laminárissá teszi. A részecskék úgy töltődnek fel, hogy áthaladnak egy vagy több pár párhuzamos vagy koncentrikus elektród között létrejött koronakisülésen. A koronakisülés, amely ahhoz szükséges, hogy a kívánt töltést hatékonyan közölje az eltávolítandó részecskékkel, „koronaszelet” hoz létre. A „koronaszél” turbulens áramlást hoz létre a leválasztón áthaladó gázmintázatban. Ezért a 102 leválasztó úgy van kialakítva, hogy 104 töltőegysége el van választva a 106 részecskegyűjtő vagy agglomerálóegységétől. A 106 részecskegyűjtő egység működését a rajta átáramló gáz lamináris áramlása javítja.

HU 223 251 Bl

Ahogyan ez az 1. ábrán látható, a 102 leválasztónak áramlási irányban a 106 részecskegyűjtő egység előtt van egy 104 töltőegysége. A 108 gázbeömlőnyíláson belépő égéstermékgáz áthalad a 104 töltőegységen és a 106 részecskegyűjtő egységen, majd a 110 gázkiömlőnyíláshoz jut. A 106 részecskegyűjtő egységben eltávolított részecskék innen a 112 részecskeeltávolító bunkerba jutnak. A 106 részecskegyűjtő egység vagy kopogtatótagokat tartalmazhat az összegyűjtött részecskék mechanikai elmozdítása végett, hogy azok a bunkerba hulljanak, vagy nedvesleválasztási módszer alkalmazható. Nedvesleválasztási módszer alkalmazásakor a 101 vízbeömlőnyíláson át vizet vezetünk be, ami a 106 részecskegyűjtő egységen lefelé átfolyva a 112 részecskeeltávolító bunkerba jut, és magával viszi az összegyűjtött részecskéket.

Egy másik változat szerint a 106 részecskegyűjtő egység csak időlegesen gyűjti a részecskéket, és agglomerálóegységként szolgál a 100 elektrosztatikus leválasztórendszerben. A részecskék az elektródfelületekhez vonzódnak és egymással érintkezésbe kerülve agglomerálódnak. Az agglomerátumok ezután ismét bejutnak a gázáramba, majd az áramlási irányban ezután következő, másodlagos 120 leválasztó vagy szűrő eltávolítja őket. Ezt a folyamatot is javítja az égéstermékgáz lamináris áramlása.

Ott, ahol nagyon magas, 99,9% és 100% közötti részecskegyűjtési hatásfokra van szükség és a leválasztót szárazon üzemeltetik, a részecskék újbóli beléptetése a rendszer betervezett célja lehet. Ekkor a 106 részecskegyűjtő egység agglomerálóegységgé válik. Az ilyen rendszerben a 106 részecskegyűjtő egység a 104 töltőegységen kellő távolsággal túlnyúlik, hogy az összegyűjtött részecskék újból beléphessenek a gázáramba. Az összegyűjtött részecskék azonban az újrabelépés előtt agglomerálódnak. Szükség esetén a gáz a több ismert agglomerálódássegítő anyag egyikévei kondicionálható a kellő agglomerálódás biztosítása végett, hogy megfelelő méretű, könnyen eltávolítható részecskék képződjenek. Ezek a most már nagyobb részecskék a gázárammal a 110 gázkiömlőnyíláson át a 122 vezetékbe áramlanak, amelyben egy másodlagos, 120 leválasztóba vagy szűrőbe jutnak, amely a nagyobb részecskéket eltávolítja. A 120 leválasztó vagy szűrő lehet egy szokványos elektrosztatikus leválasztó, vagy egy textilszűrő, így például zsákszűrő, vagy egyéb típusú részecskeeltávolító berendezés. A másodlagos 120 leválasztóból vagy szűrőből a gáz a 124 vezetéken át a 14 kémény 16 beömlőnyílásához áramlik, és a kémény részecskéktől mentesen kibocsátja a légkörbe. Olyan rendszerben, amely nincs speciálisan a részecskék újrabevezetéséhez kialakítva, a 120 leválasztó vagy szűrő opcionálisan alkalmazható azoknak az agglomerálódott részecskéknek az eltávolítására, amelyek szándékolatlanul újra beléptek a gázáramba.

A lamináris áramlást a 100 elektrosztatikus leválasztórendszer 106 részecskegyűjtő egységében úgy hozzuk létre, hogy a gáz áramlási irányban a 104 töltőegység után előre meghatározott sebességgel áthalad több, lényegében párhuzamos, előre meghatározott átmérőjű részecskegyűjtő csövön, hogy a Reynolds-szám 2000nél kisebb legyen. A közismert Reynolds-szám egy dimenzió nélküli tényező, amit az

Re=DV/v egyenlet határoz meg, ahol:

D - a csövek átmérője,

V - az átlagsebesség, v - a folyadék kinematikai viszkozitása.

Teljesülnie kell a lamináris áramlásnak, vagyis az

Re<2000 egyenlőtlenségnek. így a gáz átlagsebességének és viszkozitásának ismeretében meghatározható a fenti összefüggésnek eleget tevő csőátmérő.

Ahogyan ez a 3. ábrán látható, a 106 részecskegyűjtő egységet több 116 részecskegyűjtő csatorna képezi. A 116 részecskegyűjtő csatornákat a megfelelő cső alakú 118 részecskegyűjtő tagok képezik. Ebben a konkrét kiviteli alakban mindegyik cső alakú 118 részecskegyűjtő tag keresztmetszete kör alakú, de más alakokat is lehet alkalmazni lamináris áramlás létrehozására. Ahogyan ez a 4. ábrán, egy másik kiviteli alakban látható, a 106” részecskegyűjtő egység több 116” részecskegyűjtő csatornát tartalmaz, amelyek a függőleges 105” házban vannak elhelyezve. Mindegyik 116” részecskegyűjtő csatornát egy sokszög keresztmetszetű cső alakú 118” részecskegyűjtő tag képezi, és ezek hozzák létre a 106” részecskegyűjtő egység méhsejtszerű szerkezetét.

A 2. ábrára rátérve, ezen a 100’ elektrosztatikus leválasztórendszer látható. Ugyanúgy, mint az első kiviteli alakban, a 10 részecskeforrás kiömlőnyílása egy 12 égéstermék-vezetékre van kötve, ami az égéstermékgázt és az általa hordozott részecskéket a leválasztó 108’ gázbeömlőnyílásához vezeti. Az égéstermékgáz és az általa hordozott részecskék átáramlanak a 104’ töltőegységen, majd lefelé átáramlanak a lamináris áramlású 102’ leválasztó függőleges 105’ házrészén. A függőleges 105’ házrész tartalmazza az égéstermékgáz által hordozott részecskék eltávolítására szolgáló 106’ részecskegyűjtő egységet. A részecskéktől mentes gáz a 110 gázkiömlőnyílásból egy 122’ vezetéken át a 14 kémény 16 beömlőnyílásához áramlik, és a 14 kéményen át a környezetbe jut. A 106’ részecskegyűjtő egység az 1. ábra szerinti kiviteli alakkal megegyezően több párhuzamos csatornát tartalmaz, és van egy csatlakozása egy opcionális rendszerhez, amely fluid közeget keringtet a 106 részecskegyűjtő egységen át a gázáramból eltávolított részecskék elhordása végett. Egy fluid közeg, például víz lép be a 102’ leválasztó függőleges 105’ házrészébe a 101 ’ vízbeömlőnyíláson át, és úgy van irányítva, hogy átáramlik a 105’ házrészben lévő több, a 3. vagy 4. ábra szerintiekhez hasonló, párhuzamos részecskegyűjtő csatornán. A részecskéket tartalmazó víz a 112’ részecskeeltávolító bunkerban gyűlik össze, és a 114 vezetéken át a 130 szivattyúhoz áramlik. A 130 szivattyú a vizet a 132 vezetéken át egy 140 szűrőhöz szállítja, ami a részecskéket a vízből eltávolítja, majd tiszta vizet lehet visszakeringtetni az áramlásba a 142 vezetéken át a 101’ vízbeömlőnyíláshoz, vagy egy másik változat szerint szennyvízként a 141 szennyvízvezetéken át ki lehet vezetni. Ha a szűrt vizet a 141 szennyvízveze4

HU 223 251 Bl téken át vezetjük, és nem keringtetjük vissza, akkor a 142 vezeték frissvíz-forrásra van kötve, hogy az folytonosan vizet szállítson a 101’ vízbeömlőnyíláshoz. Ugyanúgy, mint az 1. ábra szerinti kiviteli alakban, a 102’ leválasztó lehet száraz rendszerű. A 102” leválasztó száraz rendszerként a 102 leválasztótói csak a 104’ töltőegység tájolásában tér el, mivel az áramlás ebben vízszintes.

Ahogyan ez az 5. ábrán látható, a 104 töltőegységet több párhuzamos, 126, 128 elektród képezheti. A 126 elektródokat a 152 vezeték a nagyfeszültségű 150 áramforrás referenciafeszültség-kimenetére köti, a 128 elektródokat a 154 vezeték a 150 áramforrás negatív feszültségű kimenetére köti. A 150 áramforrás állhat több áramforrásból. Ekkor a 102,102’ leválasztó különböző egységei más-más áramforrásra vannak kötve. A referenciafeszültség-kimenet 152 vezetéke a 156 fold-referenciakapocsra van kötve, úgyhogy a 154 vezetéken leadott nagyfeszültségű potenciál negatívabb, mint a fold-referenciaszint. így a 126 és 128 elektródok között áthaladó részecskék kellő negatív töltést kapnak. A következő bekezdésekben taglaljuk, hogy a 104 töltőegység más alakzatait is lehet a lamináris áramlású 102, 102’ leválasztóban alkalmazni. Amint ezt korábban kifejtettük, a 106 részecskegyűjtő egységet több kis, cső alakú 118 részecskegyűjtő tag képezi. Ezeknek az átmérője vagy szélességi mérete 25 és 76 mm (1 ” és 3”) között, előnyös módon 38 és 51 mm (1,5” és 2,0”) között van. Mindegyik cső alakú 118 részecskegyűjtő tag egy 116 részecskegyűjtő csatornát határol, amelyen a gáz és a töltött részecskék átmennek. Valamennyi cső alakú 118 részecskegyűjtő tag vezetőanyagból készül, és a 150 áramforrás referenciafeszültség-kimenetének 152a vezetékére van kötve, amely a 156 föld-referenciakapocsra való kötés által a földpotenciálon van. Minthogy a villamosán vezető részecskegyűjtő csövek a referenciapotenciálra vannak kötve, és a töltött részecskék töltése negatívabb, ezért a részecskék a 118 részecskegyűjtő tagok belső falfelületeihez vonzódnak. Mindegyik 116 részecskegyűjtő csatornában egy nem kisülő 125 elektród van koncentrikusan elhelyezve. A 125 elektród lehet huzalelektród vagy más pálcaszerű tag, amelyen nincsenek éles sarkok vagy élek, amik a villamos mező nagy koncentrációját idéznék elő. A 125 elektród átmérőjét és a ráadott feszültséget úgy választjuk meg, hogy a villamos mező mindegyik 116 részecskegyűjtő csatorna terében maximális legyen anélkül, hogy szikrázást vagy koronakisülést hozna létre. Ez különösen fontos ott, ahol a 106 részecskegyűjtő egységet agglomerálóegységként használják. A 106 részecskegyűjtő egységben lamináris áramlás áll fenn a gáz 0,6 és 2,1 m/s (2,0 és 7,0 láb/s) közötti sebessége esetén.

A 6. ábrán a kétlépcsős lamináris áramlású leválasztó kialakításának egy változata látható. A 6. ábrán látható a több 106” részecskegyűjtő egység egyikében használt elektród alakzata. A 104” töltőegység a 106” részecskegyűjtő egységbe van integrálva, és közöttük közösen van egy 118 részecskegyűjtő tag (elektród). Egy henger alakú 128’ elektród villamosán az áramforrás negatív feszültségű -V kimenetére van kötve a 154 vezetékkel. A 128’ elektród egy előre meghatározott távolságra benyúlik a 116 részecskegyűjtő csatornába. Az elektród a 116 részecskegyűjtő csatornában központosán van elhelyezve, és koncentrikus a cső alakú 118 részecskegyűjtő taggal. A cső alakú 118 részecskegyűjtő tag villamosán az áramforrás kimenő- 152 vezetékére van kötve. Az a távolság, amellyel a 128’ elektród benyúlik a cső alakú 118 részecskegyűjtő tagba, meghatározzaa 104” töltőegységet. A 118 és 128’ elektród közé adott feszültséget, a közöttük lévő távolságot és a 128’ elektród átmérőjét úgy választjuk meg, hogy a 128’ elektród és a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag 118a csőrésze között koronakisülés keletkezzen, amely feltölti az áramló gáz által hordozott részecskéket. A cső alakú 118 részecskegyűjtő tag megmaradó, 118b csőrésze képezi a 106” részecskegyűjtő egységet. A töltött részecskék a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag alsó, 118b csőrészének belső felületéhez vonzódnak. A116 részecskegyűjtő csatornában koncentrikusan van elhelyezve és villamosán a nagyfeszültségű kimenet 154a vezetékére van kötve egy 125 elektród. A 125 elektród hengeres körvonalú, és erős elektrosztatikus mezőt hoz létre, ami koronakisülés geqesztése nélkül hat a 116 részecskegyűjtő csatornán áthaladó töltött részecskékre.

A 7. ábra szerinti kiviteli alakban a 128” elektród a negatív feszültségű kimenet 154 vezetékére van kötve, és koncentrikusan helyezkedik el a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag által határolt 116 részecskegyűjtő csatornában. A 128” elektród felső, 127 elektródrészének átmérője kisebb, mint az alsó, 129 elektródrész átmérője, és ezért koncentrálja a 104” töltőegység referenciaelektródot képező 118a csőrészhez irányuló villamos erővonalakat. A 128” elektród felső, 127 elektródrésze úgy van méretezve, hogy koronakisülést gerjesszen a cső alakú elektród 118a csőrésze és a 127 elektródrész között a ráadott feszültségszinten. A töltött részecskék és a részecskegyűjtő elektród 118b csőrésze közötti villamos mező növelése végett a negatív 128” elektród úgy van kialakítva, hogy egy előre meghatározott távolságra benyúlik a 106” részecskegyűjtő egységbe. A koronakisülés azonban, mint korábban kifejtettük, turbulenciát hoz létre, ami gátolja a lamináris áramlást a 106’ részecskegyűjtő egységben. Ezért a 128” elektród alsó, 129 elektródrésze másképpen van méretezve, mint a felső, 127 elektródrész, vagyis úgy van méretezve, hogy a 129 elektródrész felületi területe nagyobb legyen, és így a felső, 127 elektródrészhez képest csökkentse a villamos mező erővonalainak sűrűségét, és ezzel megakadályozza koronakisülés keletkezését, és növelje a villamos mezőt a töltött részecskék és a cső alakú tag 118b csőrészének belső felülete között. Ebben a kialakításban a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag villamosán a referenciafeszültség kimenet- 152 vezetékéhez (fold) van kötve, hogy referenciaelektródot (118a csőrész) képezzen a lamináris áramlású leválasztó 104 töltőegysége számára és részecskegyűjtő elektródot (118b csőrész) annak 106’ részecskegyűjtő egysége számára.

A 8. ábrán látható kiviteli alakban a referenciaelektród tartalmaz továbbá egy villamosán vezető 168 fluid

HU 223 25 IBI réteget, amely a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag belső felületét borítja. Ezért az 1. és 2. ábra szerinti kiviteli alak 106,106’ részecskegyűjtő egysége mindegyik cső alakú 118 részecskegyűjtő tagjának felső vége el van látva egy fluidelosztó 160 elosztócsővel, ami villamosán vezető fluid közeget vezet a cső alakú 118 részecskegyűjtő tagok belső felületére. Bármilyen villamosán vezető fluid közeget lehet használni, ideértve fluidizált részecskéket, például fémport is, de ehhez az alkalmazáshoz a leggazdaságosabb fluid közeg a víz. A 160 elosztócsövet csak példaképpen ábrázoltuk. A találmány szellemétől való eltérés nélkül sok másféle eszközt lehet arra használni, hogy a fluid közeget elossza a cső alakú tagok belső felületére. A víz a 162 kiömlőnyíláshoz jut, a gyűrű alakú 166 csatorna körül lefolyik egy gyűrű alakú 165 szájnyíláson át, valamint egy 164 kiömlőnyíláson át a másik 160 elosztócsőhöz. A 165 szájnyílásból kifolyó víz a cső alakú 118 részecskegyűjtő tag belső felületén folyik. A cső alakú tagok belső felületén folyó víz referenciafeszültségen lévő vezetőhártyát (168 fluid réteget) képez, és ezért magához vonzza az ugyancsak a 106” részecskegyűjtő egységben áramló töltött részecskéket. A vízhártyának (168 fluidrétegnek) két funkciója van: egyrészt a víz arra szolgál, hogy az odavonzott részecskéket elvigye, és megakadályozza visszajutásukat a gázáramba, másrészt mozgó elektródként hat, és ezzel elősegíti a gázáram lamináris áramlásának kialakulását. Mind a gázt, mind a vízhártyát lefelé irányítva ezeket lényegében azonos, közelítőleg 1,5 m/s (5 láb/s) sebességgel lehet mozgatni, úgyhogy nincs közöttük relatív elmozdulás. Minthogy a gáz és az elektród között nincs relatív elmozdulás, ezért nincs közegellenállás, és így lamináris áramlás jön létre.

A 9. ábrán a találmány további kiviteli alakjának tömbvázlata látható. A lamináris áramlású 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszernek vízszintesen elhelyezett 205 háza vagy csővezetéke van, amelynek az egyik végén a 202 iránynyíllal jelölt irányban belép a részecskéket hordozó gáz, és vízszintesen átáramlik rajta, majd a másik végén tiszta gázként a 222 iránynyíllal jelölt irányban kilép. A 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszer tartalmaz 210 töltőegységet, ami úgy van kialakítva, hogy koronakisülést létesít benne, és feltölti a gázáram által hordozott részecskéket. A gáz és a töltött részecskék, miután a 210 töltőegységen áthaladtak, átmennek egy 215 agglomerálóegységen. A 215 agglomerálóegységben több, egymáshoz szorosan közel elhelyezett csatorna van, amelyekben nincs koronakisülés, és a gáz áramlása lamináris vagy közel lamináris. A töltött részecskék a 215 agglomerálóegységben a falfelületekhez vonzódnak, azokon összegyűlnek, más részecskékkel agglomerálódnak, és nagyobb, agglomerálódott részecskékként visszalépnek. Ezeket ezután a 220 részecskegyűjtő egység távolítja el. A 220 részecskegyűjtő egység lehet vagy az előzőleg leírt részecskegyűjtő szerkezet, vagy képezheti egy szokványos elektrosztatikus leválasztó, vagy egy textilszűrő.

A 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszer utólag beépíthető egy meglévő szokványos elektrosztatikus leválasztóba. Ekkor az eredeti leválasztónak legalább egy része képezi a 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszer 210 töltőegységét. A 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszer 215 agglomerálóegysége időlegesen összegyűjti a részecskéket, és nagyon hasonló lehet a 210 töltőegység szerkezetéhez, de a váltakozó elektródok jóval közelebb vannak egymáshoz, és a szomszédos elektródok között nincsenek kisülő elektródok vagy más testek. A 215 agglomerálóegység sík párhuzamos lemezekből állítható össze, amelyek közel vannak egymáshoz. Az elektródok közötti távolság 102 mm-nél (4”) kisebb, előnyös módon közelítőleg 51 mm (2”). A 210 töltőegységnek és a 215 agglomerálóegységnek kellő hosszmérettel kell rendelkeznie, hogy a gáz tartózkodási ideje 0,5 és 2,0 másodperc között legyen, előnyös módon közelítőleg 1,0 másodperc legyen.

A 10. ábrára rátérve, ezen jobban látható a 210 töltőegység és a 215 agglomerálóegység felépítése. A vízszintesen elhelyezett 205 házban vagy csővezetékben lévő 210 töltőegységet több váltakozó 212 és 214 elektród képezi, amelyek a 150 áramforrás ellentett kimeneteinek vezetékeire vannak kötve. A 212 elektródok villamosán az áramforrás 152 vezetékéhez vannak kötve, ami a 156 föld-referenciakapocsra van kötve. A nagyfeszültségű kimenet 154 vezetéke negatív egyen-nagyfeszültséget, negatív lüktetőfeszültséget, vagy ezek kombinációját szolgáltatja. A 152 vezeték és a 154 vezeték közötti feszültség nagysága elegendő ahhoz, hogy koronakisülést hozzon létre a 214 és 212 elektród között anélkül, hogy rövidzár lépne fel. Mindegyik 214 elektród tartalmazhat több koronakisülési 216 elektródcsúcsot, amelyek azért vannak hozzákötve, hogy elősegítsék a koronakisülés létrejöttét a 210 töltőegységben. A 215 agglomerálóegység több 218 és 219 elektródot tartalmaz, amelyek a 150a áramforrás kimeneteinek megfelelő, 152a és 154a vezetékéhez csatlakoznak. A korábban említettek szerint mindegyik 218 és

219 elektród szorosan közel van egymáshoz, és nincsenek rajtuk olyan típusú szerkezetek, amelyek koronakisülést geijesztenének. A 150a áramforrás a 150 áramforrásétól eltérő feszültséggel dolgozik, úgyhogy elegendő feszültsége van a gázáramban hordozott részecskék vonzásához és agglomerálásához anélkül, hogy koronakisülést hozna létre. A 150a áramforrás 154a vezetéke a 156 föld-referenciakapocsra kapcsolt 152a vezetékhez van vonatkoztatva, és ezért közösítve van a 150 áramforrás 152 vezetékével. A 215 agglomerálóegységen átmenő gáz a bele visszajutott részecskékkel együtt ezután a

220 részecskegyűjtő egységbe áramlik, ami lehet egy különálló és elválasztott leválasztó vagy szűrő. A 10. ábrán látható elrendezéssel a 200 elektrosztatikus részecskeeltávolító rendszer utólag beiktatható olyan folyamatba, amelyben szokványos vízszintes áramlású, párhuzamos lemezeket tartalmazó elektrosztatikus leválasztót alkalmaznak. így olyan rendszer jön létre, amelynek előnye a gáz lamináris áramlása a 215 agglomerálóegységen át, vagy mind a 215 agglomerálóegységen, mind a 220 részecskegyűjtő egységen át.

Bár találmányunkat annak speciális formái és kiviteli alakjai kapcsán írtuk le, mégis nyilvánvaló, hogy an6

HU 223 251 Bl nak a találmány szellemétől vagy terjedelmétől való eltérés nélkül a taglaltaktól eltérő módosításai lehetnek. A példaképpen bemutatott és leírt elemek helyett lehet például egyenértékű elemeket használni, bizonyos jellemzőket lehet más jellemzőktől függetlenül használni, és bizonyos esetekben az elemek konkrét elhelyezése megfordítható vagy közbehelyezhető a találmánynak a csatolt igénypontokban meghatározott szellemétől vagy terjedelmétől való eltérés nélkül.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Elektrosztatikus leválasztórendszer lamináris áramlás felhasználásával, égéstermékgáz által hordozott szubmikron méretű részecskék eltávolítására, amely tartalmaz egy házat (205), amely közegvezető összeköttetésben van egy égéstermék-vezetékkel (12), azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy első áramforrást (150), amelynek van egy első kimeneti vezetéke (152) és egy második kimeneti vezetéke (154), amelyek között egy első potenciálkülönbség van;

egy töltőegységet (104, 210) elektródokkal (212, 214) a házban (205) lévő részecskék elektrosztatikus feltöltésére, ahol a feltöltött részecskék között szubmikron méretű részecskék vannak, amely töltőegység (104, 210) az égéstermékgáz átáramoltatása végett közegvezető összeköttetésben van az égéstermék-vezetékkel (12), továbbá rá van kötve az első áramforrás (150) első és második kimeneti vezetékére (152, 154), ezzel előre meghatározott polaritású töltést adva az égéstermékgáz által hordozott részecskéknek;

egy második áramforrást (150a), amelynek van egy első kimeneti vezetéke (152a) és egy második kimeneti vezetéke (154a), amelyek között egy második potenciálkülönbség van, ahol a második potenciálkülönbség kisebb, mint az első potenciálkülönbség;

egy agglomerálóegységet (215) a gázáramlás irányában a töltőegységet (104, 210) követően elrendezve, amely több hosszirányban elhelyezkedő lemez alakú elektródot (218, 219) tartalmaz, amelyek párhuzamosan, egymáshoz közeli térközzel vannak elrendezve, az elektródok (218, 219) száma és térköze olyan, amely lamináris gázáramlást eredményez az elrendezésen keresztül, az elektródok (218, 219) váltakozva a második áramforrás (150a) első és második kimeneti vezetékére (152a, 154a) vannak kötve, így a szomszédos elektródok (218, 219) között váltakozó polaritással a második potenciálkülönbség van, amely második potenciálkülönbség elegendő nagyságú a részecskék odavonzásához és agglomerálásához, de nem elegendő nagyságú az agglomerált részecskék lamináris gázáramlásba való visszalépésének megakadályozásához; és végül tartalmaz egy részecskegyűjtő egységet (220) az agglomerált részecskék összegyűjtésére, amely a gázáramlás irányában az agglomerálóegység (215) után van elhelyezve.
2. Az 1. igénypont szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer, azzal jellemezve, hogy a részecskegyűjtő egység (220) olyan kialakítású, amely önmagán keresztül lamináris gázáramlást eredményez.
3. Elektrosztatikus leválasztórendszer égéstermékgáz által hordozott szubmikron méretű részecskék eltávolítására, amely tartalmaz egy, az égéstermék gázáramlásába illeszkedő töltőegységet (104,212) elektródokkal (212,214) az égéstermék gázáramlásában lévő részecskék elektrosztatikus feltöltésére, ahol a feltöltött részecskék között szubmikron méretű részecskék vannak, azzal jellemezve, hogy tartalmaz továbbá egy agglomerálóegységet (215) a gázáramlás irányában a töltőegységet (104) követően elrendezve és azzal áramlási csatlakozásban, amely több hosszirányban elhelyezkedő lemezelektródot (218, 219) tartalmaz, amelyek párhuzamosan, egymáshoz közeli térközzel vannak elrendezve, és amely elektródok (218, 219) egyike sem koronakisülést indukáló típusú, az elektródok (218,219) száma és térköze olyan, amely lamináris gázáramlást eredményez az elrendezésen keresztül, az elektródok (218, 219) váltakozva egy egyenfeszültségkülönbség ellentétes polaritású pólusaira vannak kötve, amely egyenfeszültség-különbség elegendő nagyságú a részecskék odavonzásához és agglomerálásához, de nem elegendő nagyságú az agglomerált részecskék lamináris gázáramlásba való visszalépésének megakadályozásához; és végül tartalmaz egy részecskegyűjtő egységet (220) az agglomerált részecskék összegyűjtésére, amely a gázáramlás irányában az agglomerálóegység (215) után van elhelyezve, és azzal áramlási kapcsolatban van.
4. A 3. igénypont szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer, azzal jellemezve, hogy az agglomerálóegység (215) mérete olyan, hogy az átáramló égéstermékgáz benntartózkodási ideje 0,5 és 2,0 másodperc között van.
5. A 4. igénypont szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer, azzal jellemezve, hogy az agglomerálóegység (215) elektródjai (218, 219) közötti térköztávolság 102 mm-nél kisebb.
6. A 4. igénypont szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer, azzal jellemezve, hogy az agglomerálóegység (215) elektródjai (218, 219) közötti térköztávolság közelítőleg 51 mm.
7. A 3. igénypont szerinti elektrosztatikus leválasztórendszer, azzal jellemezve, hogy a részecskegyűjtő egység (220) olyan kialakítású, amely önmagán keresztül lamináris gázáramlást eredményez.