PL233521B1 - Sposób i urządzenie do odpylania spalin z instalacji spalania małej mocy, opalanych węglem i biomasą - Google Patents

Abstract

Sposób elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin polega na tym, że elektryczne ładunki jonizujące gazy spalinowe, cząstki pyłu oraz krople cieczy wprowadza się pośrednio poprzez zmieszanie spalin z powietrzem świeżym, uprzednio zjonizowanym jednoimiennym polem elektrycznym, o wysokim napięciu. Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin, wyposażone w stalową elektrodę ulotową (3), w kształcie cienkiego drutu, generująca wyładowanie koronowe, która jest umieszczona w osi kanału spalin i korzystnie skierowana zgodnie z kierunkiem przepływu spalin, jest osłonięta w całości ceramicznym izolatorem elektrycznym (4), który umieszczony jest w rurze (5), stanowiącą kanał o przekroju kołowym, przez który przepływa powietrze osłonowe do wewnątrz korpusu (2) i kanału spalin charakteryzuje się tym, że ma zabudowany moduł automatycznego czyszczenia składający się z korpusu (2) wyposażonego w element czyszczący w postaci spiralnej wstęgi (7) umieszczonej na konstrukcji wsporczej i napędzanej za pomocą przekładni (8) i silnika (9) osadzonego na korpusie (2) zewnętrznego kanału spalin (14). Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin charakteryzuje się tym, że na obwodzie korpusu urządzenia (2) w komorze (4) wykonanej z izolatora elektrycznego umieszczona jest stalowa elektroda ulotowa (3), wykonana z cienkiego drutu, mająca kształt pierścienia, przez którą przepływa powietrze osłonowe do wewnętrza korpusu (2) urządzenia przez otwory (5) rozmieszczone obwodowo na ściance korpusu urządzenia (2), umożliwiające jonizację spalin i pyłu pośrednio przez wymieszanie ich ze zjonizowanym powietrzem osłonowym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odpylania spalin z instalacji spalania małej mocy, opalanych węglem i biomasą.

Wydzielanie pyłu ze strumienia zapylonych spalin i osadzenie na powierzchni elektrody zbiorczej, ścianek korpusu, zachodzi pod wpływem siły elektrostatycznej. Ziarna pyłu uzyskują ładunek elektrostatyczny w wyniku zderzeń ze zjonizowanymi cząsteczkami gazu lub cieczy. Źródłem ładunku jest jednoimienne wyładowania koronowe, powstające na elektrodzie ulotowej, przez doprowadzenie zasilania prądem stałym wysokiego napięcia. Wskutek jonizacji gazu i dalej ziaren pyłu następuje ruch cząstek pyłu w kierunku elektrody osadczej.

Dotychczas znane są rozwiązania polegające na jonizacji strumienia spalin za urządzeniem grzewczym, dla ograniczenia emisji. Należy do nich urządzenie do elektrostatycznego wydzielania pyłu ze spalin z instalacji spalania paliw stałych małej mocy według polskiego zgłoszenia wynalazku nr P.409498.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 102008049211 jest znany separator elektrostatyczny, w którego obudowie, u jej szczytu, są usytuowane naprzeciwko siebie wlot oczyszczanego gazu i wylot czystego gazu spalinowego. Odpylacz jest wyposażony w rurowy separator z jednobiegunowym jonizatorem koronowym, w którym to separatorze są wydzielane cząsteczki sadzy, które dalej opadają do zbiornika pyłu stożkowym kanałem, natomiast oczyszczony gaz wypływa z oddzielacza wylotem usytuowanym w górnej części urządzenia.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 102009030803 jest znany odpylacz elektrostatyczny do oczyszczania gazów spalinowych przy użyciu pola elektrostatycznego z komorą separatora zawierający elektrodę zasilaną z zasilacza wysokiego napięcia oraz rurową elektrodę ekranującą osłaniającą koncentrycznie elektrodę wyładowczą wysokiego napięcia. W górnej części odpylacza jest usytuowany izolator separujący komorę roboczą separatora od pokrywy odpylacza, natomiast w dolnej części komory separatora, nieopodal wylotu oczyszczonego gazu jest usytuowana elektroda ulotowa generująca wyładowanie koronowe.

Ze zgłoszenia patentowego GB 1455708 znane jest urządzenie do oczyszczania gazów przemysłowych, zawierające dysze rozpylające wyposażone w podłączone do zasilacza wysokiego napięcia elektrody jonizacyjne do elektryzowania kropli cieczy, które następnie przepływają pomiędzy parą elektrod płasko-równoległych zasilanych wysokim napięciem o zmieniającej się polaryzacji i wartości w celu wprawienia naelektryzowanych elektrycznie kropli cieczy w ruch oscylacyjny zig-zag. Według tego samego zgłoszenia, zamiast płyt równoległych mogą być zastosowane elektrody w postaci prętów ułożonych w równoległych rzędach, przy czym wszystkie pręty w rzędzie są podłączone naprzemiennie do różnych faz wysokiego napięcia trójfazowego lub wielofazowego. W urządzeniu tym cząstki pyłu, które znajdują się w przepływającym gazie nie są elektryzowane. Gaz oczyszczany w tego typu urządzeniu przepływa następnie do elektrofiltru, w którym usuwane są cząstki pyłu.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US6365112 znane jest urządzenie do usuwania cząstek pyłu, w którym dysze rozpylacza są podłączone do zasilacza wysokiego napięcia prądu stałego lub przemiennego, przez co wytworzone krople cieczy posiadają ładunek elektryczny. Dysze są umieszczone w osi cylindrycznej komory skrubera, a wyloty dysz są skierowane poziomo w stronę ścian komory skrubera. Krople cieczy są rozpylane poprzecznie do kierunku przepływającego gazu. Oczyszczany gaz przepływa pionowo w górę poprzecznie do kierunku ruchu rozpylanych kropel. Zawieszenie dysz rozpylacza i izolator doprowadzenia wysokiego napięcia umieszczone są w komorze znajdującej się ponad komorą skrubera, przy czym do komory tej wdmuchiwane jest ciepłe powietrze zabezpieczające izolator i doprowadzenie wysokiego napięcia przed przedostawaniem się do tej komory kropli cieczy i cząstek z odpylanego gazu, natomiast same dysze są umieszczone bezpośrednio w komorze skrubera. Elektroda zbiorcza jest chłodzona wodą w celu kondensacji pary wodnej i innych uwodnionych zanieczyszczeń gazowych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu ograniczenia emisji zanieczyszczeń ze spalania paliw stałych w urządzeniach grzewczych, zarówno w kotłach, kominkach jak i piecach, w szczególności emisji pyłów, czyli cząstek stałych, również cząstek drobnych i submikronowych.

Sposób elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin według wynalazku polega na tym, że elektryczne ładunki jonizujące gazy spalinowe, cząstki pyłu oraz krople cieczy wprowadza się pośrednio poprzez zmieszanie spalin z powietrzem świeżym, uprzednio zjonizowanym jednoimiennym polem elektrycznym, o wysokim napięciu.

PL 233 521 B1

Korzystnie spaliny są zasysane wentylatorem wyciągowym do bocznika kanału spalin, gdzie następuje ich jonizacja, następnie oczyszczone spaliny zawracane są do kanału spalin, gdzie ich przepływ i proces jonizacji jest kontrolowany za pomocą sterownika generatora wysokiego napięcia, w zależności od temperatury spalin oraz podciśnienia w kominie mierzonych odpowiednio termometrem i manometrem.

Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma zabudowany moduł automatycznego czyszczenia składający się z korpusu wyposażonego w element czyszczący w postaci spiralnej wstęgi umieszczonej na konstrukcji wsporczej i napędzanej za pomocą przekładni i silnika osadzonego na korpusie zewnętrznego kanału spalin.

Korzystnie koniec ulotowej elektrody nie wystaje poza koniec rury.

Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin według wynalazku charakteryzuje się tym, że na obwodzie korpusu urządzenia w komorze wykonanej z izolatora elektrycznego umieszczona jest stalowa elektroda ulotowa, wykonana z cienkiego drutu, mająca kształt pierścienia, przez którą przepływa powietrze osłonowe do wewnętrza korpusu urządzenia przez otwory rozmieszczone obwodowo na ściance korpusu urządzenia, umożliwiające jonizację spalin i pyłu pośrednio przez wymieszanie ich ze zjonizowanym powietrzem osłonowym.

Korzystnie ma elektrodę osadczą w postaci przenośnika skrzydełkowego, ze skrzydełkami w kolejnych rzędach przesuniętymi w fazie, zamontowaną na konstrukcji wsporczej wału, napędzanej za pomocą silnika umieszczonego na korpusie urządzenia, wyposażonego w nieruchomy zgarniak, który oczyszcza jej powierzchnię osadczą, a pył odprowadzany jest grawitacyjnie do zasobnika pyłu zamocowanego w dolnej części korpusu urządzenia.

Korzystnie ma elektrodę osadczą, którą stanowi układ stalowych talerzy zamontowanych pionowo na konstrukcji wsporczej wału, napędzaną za pomocą silnika umieszczonego na korpusie urządzenia, przy czym elektroda osadcza wyposażona jest w nieruchomy zgarniak.

Ograniczenie emisji zanieczyszczeń w rozwiązaniu według wynalazku jest wynikiem wydzielania pyłu ze strumienia zapylonych spalin i osadzenie na powierzchni elektrody zbiorczej, elementów korpusu urządzenia grzewczego, w kanale odlotowym spalin, pod wpływem siły elektrostatycznej. Przy czym w określonych wariantach jonizacja strumienia spalin i dalej cząstek stałych oraz kropel niesionych ze spalinami następuje w sposób pośredni wskutek wymieszania spalin z uprzednio zjonizowanym powietrzem świeżym. Źródłem ładunków elektrycznych jest jednoimienne wyładowanie koronowe, wytwarzane w układzie jonizacji przez doprowadzenie zasilania prądem stałym wysokiego napięcia. Wskutek jonizacji powietrza i dalej mieszaniny powietrza i spalin, po czym ziaren pyłu oraz prekursorów pyłu następuje ruch cząstek pyłu pierwotnego oraz kondensujących drobin aerozolu w kierunku elektrody osadczej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest pokazany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat instalacji z bocznikiem i pośrednią jonizacją w osi kanału oraz modułem oczyszczania w postaci przenośnika wstęgowego, Fig. 2 przedstawia schemat instalacji z bocznikiem i pośrednią jonizacją na obwodzie kanału oraz modułem oczyszczania w postaci przenośnika wstęgowego, Fig. 3 przedstawia schemat instalacji z bocznikiem i pośrednią jonizacją w osi kanału oraz elektrodą osadczą w postaci przenośnika skrzydełkowego, Fig. 4 przedstawia schemat instalacji z bocznikiem i pośrednią jonizacją na obwodzie kanału oraz modułem oczyszczania w postaci układu pionowych talerzy.

P r z y k ł a d 1

Urządzenie według wynalazku przedstawione na Fig. 1, z pośrednią jonizacją spalin jest zasilane z generatora wysokiego napięcia ze sterownikiem (1) wytwarzającego prąd stały, przy czym korpus urządzenia (2) jest wykonany z materiału przewodzącego prąd i jest uziemiony, a w jego wnętrzu jest zamontowana stalowa elektroda ulotowa (3), w kształcie cienkiego drutu, generująca wyładowanie koronowe, umieszczona w osi kanału spalin i korzystnie skierowana zgodnie z kierunkiem przepływu spalin. Mocowanie elektrody ulotowej (3), które jest prostopadłe do osi kanału spalin (14), korzystnie jest osłonięte w całości ceramicznym izolatorem elektrycznym (4), z kolei izolator (4) jest osłonięty rurą (5) co tworzy kanał o przekroju kołowym, przez który przepływa powietrze osłonowe do wewnątrz korpusu urządzenia (2) i dalej kanału spalin, na którego zewnętrznej ścianie jest umieszczony inspekcyjny otwór (6) umożliwiający oczyszczanie i konserwację elektrody ulotowej (3) oraz korpusu urządzenia (2). Korzystnym jest, aby ulotowa elektroda (3) nie wystawała poza koniec rury (5), dzięki czemu jonizacja spalin następuje w sposób pośredni przez wymieszanie ze zjonizowanym powietrzem osłonowym, stąd depozycja pyłu występuje z dala od punktu montażu elektrody (3), w strefie gdzie możliwe jest oczysz

PL 233 521 B1 czanie powierzchni separacji a sama elektroda ulotowa nie ulega zabrudzeniu pyłem ze spalin. Elektrofiltr połączony jest z modułem czyszczenia, korzystnie eliminującym konieczność ręcznego oczyszczania korpusu urządzenia (2), który to moduł jest zaopatrzony w element czyszczący w postaci spiralnej wstęgi (7) na konstrukcji wsporczej, napędzany przez przekładnię (8) i silnik (9) zabudowany na korpusie urządzenia (2), na zewnętrz kanału spalin (14), a jego praca powoduje odprowadzanie pyłu wydzielonego na ścianach aparatu do zasobnika pyłu (10) zamocowanego w dolnej części w przypadku układu pionowego. Przepływ spalin przez elektrofiltr jest wywoływany wentylatorem wyciągowym (11), którego pracą zarządza sterownik układu wysokiego napięcia (1). Praca urządzeń zarządzana sterownikiem modułu wysokiego napięcia (1) regulowana jest w zależności od temperatury i ciśnienia w kanale spalinowym (14) mierzonych odpowiednio termometrem (12) i przetwornikiem ciśnienia (13).

P r z y k ł a d 2

Urządzenie według wynalazku przedstawione na Fig. 2 podobnie do przykładu 1, z pośrednią jonizacją spalin i modułem automatycznego oczyszczania w postaci przenośnika wstęgowego, przy czym stalowa elektroda ulotowa (3), w kształcie pierścienia z cienkiego drutu, generująca wyładowanie koronowe, umieszczona jest w komorze (4) na obwodzie kanału spalin, korzystnie wykonanej z izolatora elektrycznego, przez którą przepływa powietrze osłonowe, które dostaje się do wewnątrz korpusu urządzenia (2) przez otwory (5) rozmieszczone obwodowo na ściance korpusu urządzenia (2), dzięki temu jonizacja spalin i dalej pyłu niesionego ze spalinami następuje w sposób pośredni przez wymieszanie ze zjonizowanym powietrzem osłonowym, przez co elektroda (3) korzystnie nie ulega zbrudzeniu pyłem. P r z y k ł a d 3

Urządzenie według wynalazku przedstawione na Fig. 3 podobnie do przykładu 1, z pośrednią jonizacją spalin, na elektrodzie ulotowej (3) umieszczonej w osi kanału spalin wyposażone w elektrodę osadczą (7) w postaci obracającego się przenośnika skrzydełkowego, ze skrzydełkami w kolejnych rzędach przesuniętymi w fazie, co korzystnie wydłuża drogę spalin, wyposażonego w zamontowany, nieruchomy zgarniak (8), przymocowany do korpusu urządzenia (2), który przy obrocie elektrody osadczej (7) powoduje oczyszczanie powierzchni osadczej co eliminuje konieczność jej ręcznego oczyszczania, elektroda osadcza (7) na konstrukcji wsporczej wału, napędzana jest silnikiem (9) zmocowanym na korpusie urządzenia (2), na zewnętrz kanału spalin (14). Obrót elektrody powoduje grawitacyjne odprowadzanie pyłu wydzielonego na skrzydełkach i zgarnianego nieruchomym zgarniakiem (8) do zasobnika pyłu (10) zamocowanego w dolnej części korpusu urządzenia (2).

P r z y k ł a d 4

Urządzenie według wynalazku przedstawione na Fig. 4, podobnie jak w przykładzie 2, z elektrodą ulotową (3) w kształcie pierścienia z cienkiego drutu, generująca wyładowanie koronowe, umieszczona w komorze (4) na obwodzie kanału spalin, korzystnie wykonanej z izolatora elektrycznego, przez którą przepływa powietrze osłonowe, które dostaje się do wewnątrz korpusu urządzenia (2) przez otwory (5) rozmieszczone obwodowo na ściance korpusu urządzenia (2), dzięki temu jonizacja spalin i dalej pyłu niesionego ze spalinami następuje w sposób pośredni przez wymieszanie ze zjonizowanym powietrzem osłonowym, przez co elektroda (3) korzystnie nie ulega zbrudzeniu pyłem, wyposażone w elektrodę osadczą (7) w postaci się obrotowego układu stalowych talerzy (15) zamontowanych pionowo na wspólnym, poziomym wale, korzystnie skracających drogę separacji cząstek pyłu, przy czym elektroda osadcza (7) wyposażona jest w nieruchomy zgarniak (8), zamocowany do korpusu urządzenia (2), który przy obrocie powoduje oczyszczanie powierzchni osadczej stalowych dysków, co korzystnie eliminuje konieczność ręcznego oczyszczania elektrody osadczej (7), przy czym elektroda napędzana jest silnikiem (9) zabudowanym na korpusie urządzenia (2) na zewnętrz kanału spalin (14), a jej obrót powoduje grawitacyjne odprowadzanie pyłu wydzielonego na talerzach (15) elektrody osadczej (7), zgarnianego nieruchomym zgarniakiem (8) do zasobnika pyłu (10) zamocowanego w dolnej części korpusu urządzenia (2).

Sposób ograniczenia emisji zanieczyszczeń, w szczególności pyłu ze spalania paliw stałych w urządzeniach grzewczych wykorzystujących w procesie spalania powietrze atmosferyczne, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że powietrze atmosferyczne o temperaturze otoczenia od -30 do +40°C doprowadza się do korpusu elektrofiltru przez jonizator jednoimiennych ładunków elektrostatycznych współpracujący z modułem wysokiego napięcia o wartości do 20 kV, po czym zjonizowane w generatorze ładunków elektrostatycznych powietrze miesza się ze spalinami wewnątrz urządzenia.

Dzięki zastosowaniu wentylatora wyciągowego w urządzeniu według wynalazku, w tym realizujące sposób prowadzenia procesu z pośrednią jonizacją strumienia spalin, mogą być stosowane na dowolnych przewodach kominowych odprowadzających spaliny z urządzeń grzewczych małej i średniej

PL 233 521 B1 mocy, w tym kominków i pieców, przy czym ich zabudowa korzystnie wykonywana jest w formie bocznika, gwarantującego niezakłócony przepływ spalin w przypadku awarii urządzenia lub odłączenia zasilania, w ten sposób ułatwiony jest również odbiór pyłu wyreparowanego w urządzeniu, sposób ten przedstawiony został w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie na Fig. 1 pokazano urządzenie z dwoma pionowymi ciągami spalin (w dół i w górę), jonizacją pośrednią oraz mechanicznym układem automatycznego oczyszczania powierzchni osadczej, z wykorzystaniem przenośnika wstęgowego.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin, znamienny tym, że elektryczne ładunki jonizujące gazy spalinowe, cząstki pyłu oraz krople cieczy wprowadza się pośrednio poprzez zmieszanie spalin z powietrzem świeżym, uprzednio zjonizowanym jednoimiennym polem elektrycznym, o wysokim napięciu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spaliny są zasysane wentylatorem wyciągowym (11) do bocznika kanału spalin (14), gdzie następuje ich jonizacja, następnie oczyszczone spaliny zawracane są do kanału spalin (14), gdzie ich przepływ i proces jonizacji jest kontrolowany za pomocą sterownika generatora wysokiego napięcia (1), w zależności od temperatury spalin oraz podciśnienia w kominie mierzonych odpowiednio termometrem (12) i manometrem (13).

3. Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin, wyposażone w stalową elektrodę ulotową (3), w kształcie cienkiego drutu, generująca wyładowanie koronowe, która jest umieszczona w osi kanału spalin i korzystnie skierowana zgodnie z kierunkiem przepływu spalin, jest osłonięta w całości ceramicznym izolatorem elektrycznym (4), który umieszczony jest w rurze (5), stanowiącą kanał o przekroju kołowym, przez który przepływa powietrze osłonowe do wewnątrz korpusu (2) i kanału spalin, znamienne tym, że ma zabudowany moduł automatycznego czyszczenia składający się z korpusu (2) wyposażonego w element czyszczący w postaci spiralnej wstęgi (7) umieszczonej na konstrukcji wsporczej i napędzanej za pomocą przekładni (8) i silnika (9) osadzonego na korpusie (2) zewnętrznego kanału spalin (14).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że koniec ulotowej elektrody (3) nie wystaje poza koniec rury (5).

5. Urządzenie do elektrostatycznego usuwania pyłu ze strumienia spalin, znamienne tym, że na obwodzie korpusu urządzenia (2) w komorze (4) wykonanej z izolatora elektrycznego umieszczona jest stalowa elektroda ulotowa (3), wykonana z cienkiego drutu, mająca kształt pierścienia, przez którą przepływa powietrze osłonowe do wewnętrza korpusu (2) urządzenia przez otwory (5) rozmieszczone obwodowo na ściance korpusu urządzenia (2), umożliwiające jonizację spalin i pyłu pośrednio przez wymieszanie ich ze zjonizowanym powietrzem osłonowym.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma elektrodę osadczą (7) w postaci przenośnika skrzydełkowego, ze skrzydełkami w kolejnych rzędach przesuniętymi w fazie, zamontowaną na konstrukcji wsporczej wału, napędzanej za pomocą silnika (9) umieszczonego na korpusie urządzenia (2), wyposażonego w nieruchomy zgarniak (8), który oczyszcza jej powierzchnię osadczą, a pył odprowadzany jest grawitacyjnie do zasobnika pyłu (10) zamocowanego w dolnej części korpusu urządzenia (2).

7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma elektrodę osadczą (7), którą stanowi układ stalowych talerzy (15) zamontowanych pionowo na konstrukcji wsporczej wału, napędzaną za pomocą silnika (9) umieszczonego na korpusie urządzenia (2), przy czym elektroda osadcza (7) wyposażona jest w nieruchomy zgarniak (8).