PL226515B1 - Urządzenie do aglomeracji submikronowych cząstek stałych w zawiesinach gazowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do aglomeracji submikronowych cząstek stałych w zawiesinach gazowych zawierających pył zawieszony, zwłaszcza w gazach spalinowych, odlotowych lub przemysłowych, mające zastosowanie w elektrotechnice, energetyce oraz oczyszczaniu gazów.

Zawierające cząsteczki stałe gazy, zwłaszcza gazy spalinowe z kotłów energetycznych, wymagają często odpylenia dla celów dalszej obróbki lub też dla odprowadzenia do atmosfery. Proces odpylania jest zależny od właściwości fizykochemicznych gazu i cząstek zawieszonego pyłu, zwłaszcza od wielkości usuwanych cząstek stałych. Znane i szeroko stosowane są metody usuwania pyłów o cząstkach większych od 2,5 mikrona (2,5 x 10^-6m), natomiast mniejsze od nich, zwłaszcza cząstki submikronowe (<1 x 10^-6m) są praktycznie nieusuwalne znanymi metodami filtracji, stanowiąc istotne zagrożenie dla środowiska.

Znane jest ze zgłoszenia patentowego EP0009857 rozwiązanie, w którym zawiesina cząstek przepływa przez elektryzator cząstek, gdzie cząstki zostają naładowane elektrycznie, a następnie przepływa pomiędzy układem równoległych płyt. Napięcie zmienne podłączone do płyt poddaje naładowane cząstki oddziaływaniu przemiennego pola elektrycznego wysokiego napięcia, które powoduje, że większe cząstki odchylają mniejsze cząstki. Mniejsze cząstki przylegają do cząstek większych zwiększając w ten sposób średnią wielkość cząstek. Strumień gazu następnie przepływa przez kolektor w celu usunięcia tych cząstek ze strumienia gazu.

Znane jest także inne rozwiązanie (Mizuno A., 2009, Recent development of electrostatic technologies in environmental remediation. 4th Annual Meeting of the IEEE-lnd. Appl. Soc., Houston, TX, Oct. 04-08, 2009, str. 9-15) polegające na ładowaniu elektrostatycznym cząstek stałych przeciwnym ładunkiem elektrycznym, w pierwszym stopniu w dwóch równolegle pracujących elektryzatorach prądu stałego, a następnie łączeniu tych cząstek w drugim stopniu, w aglomeratorze wytwarzającym przemienne pole elektryczne. W trzecim stopniu następuje odpylanie połączonych cząstek za pomocą elektrofiltru prądu stałego. W metodzie tej stopnie ładowania i aglomeracji są rozdzielone. Urządzenie tego typu składa się z dwóch równoległych układów elektryzatorów, każdy złożony z dwóch równoległych płyt metalowych profilowanych lub gładkich, pomiędzy którymi w płaszczyźnie równoległej znajduje się rząd elektrod wyładowczych, które są podłączone do zasilaczy wysokiego napięcia o przeciwnej polaryzacji w każdym z równoległych układów. Za urządzeniem tym znajduje się drugie urządzenie złożone z dwóch równoległych płyt metalowych profilowanych lub gładkich, które są podłączone do zasilacza wysokiego napięcia zmiennego.

Celem wynalazku jest połączenie w zawiesinach gazowych submikronowych cząstek stałych w większe aglomeraty i ich bezpośrednie usunięcie w tym samym urządzeniu lub ich usunięcie przemysłowymi metodami filtracji gazów.

Urządzenie do aglomeracji submikronowych cząstek stałych w zawiesinach gazowych stanowi element instalacji do oczyszczania gazów spalinowych lub odlotowych, zwłaszcza po wstępnym usunięciu pyłów o cząstkach większych od 1 mikrona (>1 x 10^-6m), gdy wymagana jest dalsza obróbka w celu usunięcia cząsteczek submikronowych. Urządzenie do aglomeracji zawiera umieszczone w kanale, przez który przepływają zawiesiny gazowe, usytuowane równolegle do siebie zespoły elektrod wyładowczych oraz zespoły elektrod sterująco-zbiorczych. Dwa zespoły elektrod sterująco-zbiorczych i umieszczony pomiędzy nimi zespół elektrod wyładowczych tworzą pakiet wyładowczo-zbiorczy, w którym elektrody są zasilane napięciem zmiennym. Urządzenie do aglomeracji według wynalazku zawiera co najmniej dwa równoległe pakiety wyładowczo-zbiorcze, przy czym sąsiednie pakiety wyładowczo-zbiorcze są polaryzowane w każdym momencie napięciem o przeciwnej polaryzacji. W urządzeniu do aglomeracji według wynalazku zespół elektrod wyładowczych zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd prętów, lub rur, lub taśm, lub profili, lub wykonanych z nich kratownic, bądź też ażurowo perforowaną płytę. Możliwe jest także wykonanie w postaci rzędu lub siatki z metalowych lin. Niezależnie od postaci zespołu elektrod wyładowczych, zespół elektrod sterująco-zbiorczych zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd prętów, rur, taśm, lub profili, albo wykonanych z nich kratownic, bądź też ażurowo perforowaną płytę. Możliwe jest także wykonanie w postaci rzędu lub siatki z metalowych lin. Korzystnie elektrody wyładowcze posiadają ostrza skierowane w kierunku najbliższego zespołu elektrod sterująco-zbiorczych. W odmianie wykonania urządzenia do aglomeracji pakiety wyładowczo-zbiorcze sąsiadujące płaszczyzną boczną ze ścianą obudowy urządzenia do aglomeracji zawierają jeden zespół elektrod wyładowczych i umieszczony od strony najbliższego pakietu wyładowczo-zbiorczego jeden

PL 226 515 B1 zespół elektrod sterująco-zbiorczych, natomiast od strony ściany obudowy urządzenia, zespół elektrod wyładowczych jest odsunięty od tej ściany. Obudowa urządzenia może być dielektryczna lub metalowa izolowana elektrycznie od zespołów elektrod. Korzystnie także, gdy w każdym pakiecie wyładowczo-zbiorczym elementy zespołu elektrod wyładowczych nie pokrywają się w rzucie bocznym z elementami sąsiadujących zespołów elektrod sterująco-zbiorczych. W innej wersji urządzenia do aglomeracji każdy zespół elektrod sterująco-zbiorczych jest zaopatrzony w urządzenie do usuwania zebranego pyłu. Pakiety wyładowczo-zbiorcze są zasilane napięciem zmiennym, korzystnie o przebiegu prostokątnym, przy czym w pierwszej z grup połączonych z sobą pakietów wyładowczo-zbiorczych zespoły elektrod wyładowczych są zasilane napięciem zmiennym o amplitudzie kilku tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy woltów, a odpowiadające im zespoły elektrod sterująco-zbiorczych zasilane są w zgodnej fazie tylko jedną połówką napięcia zasilającego odpowiadającego polaryzacji dodatniej, a w drugim półokresie nie są polaryzowane, natomiast w drugiej z grup pakietów wyładowczozbiorczych sąsiadujących naprzemiennie z pakietami z pierwszej grupy zespoły elektrod wyładowczych zasilane są takim samym jak w pierwszej grupie pakietów napięciem jednak w fazie przeciwnej, a odpowiadające im zespoły elektrod sterująco-zbiorczych są zasilane tak jak zespoły elektrod sterująco-zbiorczych sąsiadującego pakietu jednak z przesunięciem fazowym o połowę okresu.

Schemat urządzenia do aglomeracji wg wynalazku w przykładzie wykonania pokazano na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematycznie poprzeczny do kierunku przepływu gazów przekrój urządzenia, fig. 2 przedstawia schematycznie przekrój urządzenia wzdłuż kierunku przepływu gazów i prostopadle do powierzchni bocznej pakietów wyładowczo-sterujących, natomiast fig. 3 przedstawia wykresy czasowe napięć zasilania aglomeratora na poszczególnych zaciskach zasilacza wysokiego napięcia.

Jak pokazano na fig. 1 rysunku, w tej wersji urządzenie do aglomeracji posiada cztery pakiety wyładowczo-zbiorcze 3, każdy ustawiony równolegle do pozostałych i do kierunku przepływu spalin.

Pakiety są umieszczone wewnątrz dielektrycznej obudowy 5, przy czym pakiety wyładowczozbiorcze 3 sąsiadujące płaszczyzną boczną z obudową 5 zawierają od strony tej obudowy 5 jeden zespół elektrod wyładowczych natomiast od strony sąsiadującej z następnym pakietem jeden zespół elektrod sterująco-zbiorczych 2, pozostałe pakiety wyładowczo-zbiorcze 3 posiadają po dwa zespoły elektrod sterująco-zbiorczych 2 a między nimi jeden zespół elektrod wyładowczych 1. Elektrody wyładowcze 12 w przykładzie wykonania posiadają na powierzchniach bocznych skierowane w kierunku zespołów elektrod sterująco-zbiorczych 2 ostrza. W zasilaczu 7 generowane jest napięcie zmienne o przebiegu prostokątnym, przy czym przebieg na zaciskach 8 i 9 jest przesunięty o połowę fazy w stosunku do przebiegu generowanego na zaciskach 10 i 11. Na zaciskach 9 i 11 podawane jest napięcie tylko w jednej połowie okresu odpowiadającej polaryzacji dodatniej, a w drugiej połowie okresu, elektrody sterująco-zbiorcze 13 nie są zasilane. Zespoły elektrod wyładowczych 1 łączone są co drugi i na każdą z tak powstałych dwóch grup podawane jest napięcie zmienne z przesunięciem o połowę fazy w stosunku do drugiej grupy. Sąsiadujące z zespołem elektrod wyładowczych 1 zespoły elektrod sterująco-zbiorczych 2 zasilane są napięciem o tym samym przebiegu fazowym ale tylko z jednej połowy okresu odpowiadającej potencjałowi dodatniemu. W okresach kiedy dany zespół elektrod wyładowczych 1 znajduje się na potencjale dodatnim sąsiadujące zespoły elektrod sterującozbiorczych 2 w danym pakiecie wyładowczo-zbiorczym 3 znajdują się również na potencjale dodatnim, o takiej samej wartości. W okresach, gdy na zespole elektrod wyładowczych 1 jest potencjał ujemny, zespoły elektrod sterująco-zbiorczych 2 tego pakietu są na potencjale ziemi, a całe sąsiadujące pakiety znajdują się na potencjale dodatnim i przyciągają jony ujemne, które przepływają przez obszar danego pakietu i pomiędzy pakietami.

Claims (11)

1. Urządzenie do aglomeracji submikronowych cząstek stałych w zawiesinach gazowych zawierające zasilane napięciem zmiennym o amplitudzie kilku tysięcy do kilkudziesięciu tysięcy woltów zespoły elektrod wyładowczych oraz zespoły elektrod sterująco-zbiorczych, znamienne tym, że zawiera co najmniej dwa równoległe pakiety wyładowczo-zbiorcze (3), każdy składający się z zespołu elektrod wyładowczych (1) umieszczonego równolegle do, i pomiędzy dwoma zespołami elektrod sterująco-zbiorczych (2), a zespoły elektrod wyładowczych (1) każdego pakietu wyładowczo-zbiorczego (3) są zasilane napięciem o polaryzacji

PL 226 515 B1 przeciwnej w stosunku do zespołu elektrod wyładowczych (1) w sąsiadujących pakietach, natomiast zespoły elektrod sterująco-zbiorczych (2) w danym pakiecie są zasilane napięciem o tym samym przebiegu fazowym co napięcie zasilające zespoły elektrod wyładowczych (1) ale tylko w jednej połowie okresu odpowiadającej potencjałowi dodatniemu, natomiast w drugiej połowie znajdują się na niższym potencjale, zbliżonym do potencjału ziemi.

2. Urządzenie do aglomeracji według zastrz. 1 lub 5 lub 6 lub 7, znamienne tym, że zespół elektrod wyładowczych (1) zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd prętów, lub rur albo taśm, lub profili, lub wykonanych z nich kratownic bądź też stanowi ażurowo perforowaną płytę.

3. Urządzenie do aglomeracji według zastrz. 1 lub 5 lub 6 lub 7, znamienne tym, że zespół elektrod wyładowczych (1) zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd metalowych napiętych lin, lub wykonaną z nich siatkę.

4. Urządzenie do aglomeracji według zastrz. 3, znamienne tym, że rząd metalowych napiętych lin, lub wykonana z nich siatka mogą w sposób kontrolowany zmieniać impulsowo lub stopniowo stan naprężenia w czasie pracy urządzenia do aglomeracji.

5. Urządzenie do aglomeracji wg zastrz. 1 lub 2 lub 3 lub 4, znamienne tym, że zespół elektrod sterująco-zbiorczych (2) zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd prętów, lub rur albo taśm, lub profili lub wykonanych z nich kratownic bądź też stanowi ażurowo perforowaną płytę.

6. Urządzenie do aglomeracji według zastrz. 1 lub 2 lub 3 lub 4, znamienne tym, że zespół elektrod sterująco-zbiorczych (2) zawiera wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny ażurowy rząd metalowych napiętych lin, lub wykonaną z nich siatkę.

7. Urządzenie do aglomeracji według zastrz. 6, znamienne tym, że rząd metalowych napiętych lin, lub wykonana z nich siatka mogą w sposób kontrolowany zmieniać impulsowo lub stopniowo stan naprężenia w czasie pracy urządzenia do aglomeracji.

8. Urządzenie do aglomeracji wg dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 7, znamienne tym, że elektrody wyładowcze (13) posiadają ostrza (4), korzystnie skierowane na zewnątrz, prostopadle do osi elektrody.

9. Urządzenie do aglomeracji wg dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 8, znamienne tym, że pakiety wyładowczo-zbiorcze (3) sąsiadujące płaszczyzną ze ścianą obudowy (5) urządzenia zawierają zespół elektrod wyładowczych (1) od strony ściany obudowy urządzenia i jeden zespół elektrod sterująco-zbiorczych (2) od strony następnego pakietu wyładowczozbiorczego (3).

10. Urządzenie do aglomeracji wg dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 9, znamienne tym, że w każdym pakiecie wyładowczo-zbiorczym (3) elementy przewodzące zespołu elektrod wyładowczych (1) nie pokrywają się w rzucie bocznym z elementami przewodzącymi sąsiadujących zespołów elektrod sterująco-zbiorczych (2).

11. Urządzenie do aglomeracji wg dowolnego z zastrzeżeń od 1 do 10, znamienne tym, że każdy zespół elektrod sterująco-zbiorczych (2) zaopatrzony jest w urządzenie (6) do usuwania zebranej warstwy pyłu.