RU2583459C1

RU2583459C1 - Gas flow cleaning filter

Info

Publication number: RU2583459C1
Application number: RU2015108398/05A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Палей
Original assignee: Алексей Алексеевич Палей
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to gas cleaning and may be used at home, in various industries for separation of aerosol particles from gas flow contained therein. Invention can be used for cleaning of flue gases of industrial and power plants, internal combustion engine exhaust gases, as well as for reducing emissions of steam-like moisture in TPP cooling towers to atmosphere. Gas flow cleaning filter comprises electrically connected with power supply electrode mounted insulated with gap relative to surface of grounded porous electrode with open pores with size of not less than 0.1 mcm, arranged along gas flow at output from its emission source into atmosphere. Grounded porous electrode is made in form of structure surrounding gas flow along line of its current at length of not less than one gage of outlet section of gas into atmosphere emission source. Grounded porous electrode is provided with channels, inside of which electrically charged electrode is arranged. Gap between electrically charged electrode and grounded porous electrode surface is filled with porous dielectric material with open pores size of not less than 0.1 mcm.

EFFECT: higher efficiency of filter operation.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в быту, в различных отраслях промышленности и энергетики для отделения от газового потока содержащихся в нем аэрозольных частиц. Изобретение может найти свое применение для очистки дымовых газов промышленных и энергетических предприятий, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для сокращения выбросов в атмосферу парообразной влаги в градирнях ТЭЦ.The invention relates to the field of gas purification and can be used in everyday life, in various industries and energy to separate aerosol particles contained in it from a gas stream. The invention can find its application for purification of flue gases of industrial and energy enterprises, exhaust gases of internal combustion engines, as well as to reduce emissions of vaporous moisture in the cooling towers of thermal power plants.

Известно устройство для сепарации пара из газов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для входа и выхода охлаждающего агента, и двумя решетками, на которых закреплены трубки. (См. А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр. 164). Для входа парогазовой смеси в корпусе смонтирована верхняя камера, а для выхода сепарированного конденсата и очищенного газа - нижняя камера. В данном устройстве парогазовая смесь через верхнюю камеру проходит по трубам, охлажденным движущимся в межтрубном пространстве хладоагентом. При соприкосновении с холодной поверхностью труб происходит охлаждение газа и конденсация на этой поверхности содержащегося в газе пара. Конденсируемая в трубах жидкость собирается в нижней камере и вытекает из нее через патрубок выхода конденсата. Очищенный от конденсата газ выходит через патрубок нижней камеры. В известном устройстве конденсация и сепарация производится лишь той части паров газовой смеси, которой удается соприкоснуться с поверхностью труб за время нахождения смеси в трубе. Остальная же часть паров остается в составе выходящей из устройства смеси. Таким образом, для повышения степени очистки смеси от паров требуется увеличение габаритных размеров известного устройства.A device for separating steam from gases is known, comprising a vertical cylindrical body with nozzles for entering and leaving a cooling agent, and two gratings on which the tubes are fixed. (See A.G. Amelin, "Theoretical Foundations of Fog Formation," Moscow, Chemistry, 1966, p. 164). The upper chamber is mounted in the housing for the entrance of the gas-vapor mixture, and the lower chamber is mounted for the outlet of the separated condensate and purified gas. In this device, the vapor-gas mixture passes through the upper chamber through pipes cooled by a refrigerant moving in the annulus. In contact with the cold surface of the pipes, the gas cools and the vapor contained in the gas condenses on this surface. The liquid condensed in the pipes collects in the lower chamber and flows out of it through the condensate outlet pipe. The gas purified from condensate leaves through a branch pipe of the lower chamber. In the known device, condensation and separation is carried out only for that part of the vapor of the gas mixture, which manages to come into contact with the surface of the pipes during the residence of the mixture in the pipe. The rest of the vapor remains in the mixture leaving the device. Thus, to increase the degree of purification of the mixture from vapors, an increase in the overall dimensions of the known device is required.

Известно устройство для сепарации паров серной кислоты. (См. А.Г. Амелин "Теоретические основы образования тумана", М., Химия, 1966 г., стр. 202). Данное устройство содержит холодильник с входным и выходным патрубками и вертикальную башню с верхней и нижней камерами. Нижняя камера снабжена патрубком для входа газовой смеси и патрубком для выхода серной кислоты, соединенным с входным патрубком холодильника. Верхняя камера содержит выходной патрубок очищенного газа и входной патрубок серной кислоты, соединенный с выходным патрубком холодильника и магистралью приема готовой продукции. Газовая смесь поступает через нижнюю камеру в вертикальную башню. Поднимаясь вверх по башне, газовая смесь орошается серной кислотой, стекаемой с верхней части башни. Капельки серной кислоты охлаждают газовую смесь и конденсируют на своей поверхности содержащиеся в газовой смеси пары, увлекая их с собой в нижнюю камеру башни. Очищенный от паров газ поднимается вверх и через верхнюю камеру башни направляется в выходной патрубок очищенного газа. Капли кислоты опускаются вниз и через нижнюю камеру башни направляются в патрубок для выхода серной кислоты. При охлаждении газовой смеси и конденсация содержащихся в ней паров происходит нагрев серной кислоты. Для замыкания рабочего цикла, выходящую из башни кислоту перед подачей в верхнюю часть башни для орошения газовой смеси и для отгрузки в магистраль готовой продукции пропускают через холодильник. В данном устройстве в отличие от ранее упомянутого устройства, конденсации содержащихся в газовой смеси паров происходит не только на поверхности конструкций (стенки труб, башни), но и на поверхности капелек орошаемой серной кислоты. Так как площадь поверхности капель существенно больше площади конструкций, то в описываемом устройстве удается добиться повышения степени очистки смеси без существенных увеличений габаритных размеров устройства.A device for the separation of sulfuric acid vapor. (See A.G. Amelin "Theoretical Foundations of Fog Formation", M., Chemistry, 1966, p. 202). This device contains a refrigerator with inlet and outlet pipes and a vertical tower with upper and lower chambers. The lower chamber is equipped with a pipe for the entrance of the gas mixture and a pipe for the exit of sulfuric acid, connected to the inlet pipe of the refrigerator. The upper chamber contains the outlet pipe of the purified gas and the inlet pipe of sulfuric acid connected to the outlet pipe of the refrigerator and the finished product receiving line. The gas mixture enters through the lower chamber into a vertical tower. Rising up the tower, the gas mixture is irrigated with sulfuric acid flowing down from the top of the tower. Droplets of sulfuric acid cool the gas mixture and condense on its surface the vapors contained in the gas mixture, dragging them with them into the lower chamber of the tower. The gas purified from vapors rises and through the upper chamber of the tower is directed to the outlet of the purified gas. Drops of acid drop down and through the lower chamber of the tower are sent to the pipe to exit sulfuric acid. When the gas mixture is cooled and the vapor contained in it is condensed, sulfuric acid is heated. To close the working cycle, the acid leaving the tower before being fed to the upper part of the tower for irrigation of the gas mixture and for shipment of finished products to the highway is passed through the refrigerator. In this device, unlike the previously mentioned device, condensation of the vapor contained in the gas mixture occurs not only on the surface of structures (pipe walls, towers), but also on the surface of droplets of irrigated sulfuric acid. Since the surface area of the droplets is significantly larger than the area of the structures, it is possible to achieve an increase in the degree of purification of the mixture in the described device without significant increases in the overall dimensions of the device.

Вместе с тем, в описываемом устройстве при конденсации серной кислоты возникает высокое пересыщение пара, отчего часть паров серной кислоты конденсируется в объеме с образованием тумана, который в составе очищенных газов выносится из башни.At the same time, in the described device, when sulfuric acid is condensed, a high supersaturation of steam occurs, which is why part of the sulfuric acid vapor condenses in volume with the formation of fog, which is removed from the tower as part of the purified gases.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является фильтр очистки газового потока, представленный в патенте РФ на изобретение №2293597, МПК B01D 53/32. Фильтр содержит пористый осадительный электрод с открытыми порами, размером более 0,1 мкм, включающими вертикальные капиллярные каналы, размеры проходного сечения которых удовлетворяют соотношению:The closest technical solution to the proposed technical solution is the filter for cleaning the gas stream, presented in the patent of the Russian Federation for invention No. 2293597, IPC B01D 53/32. The filter contains a porous precipitation electrode with open pores larger than 0.1 μm, including vertical capillary channels, the passage size of which satisfy the ratio:

а>2*σ/(p*g*h),a> 2 * σ / (p * g * h),

где а - эффективный радиус пор, h - высота осадительного электрода, σ - коэффициент поверхностного натяжения конденсата, p - плотность конденсата, установленного вдоль очищаемого газового потока, с зазором, относительно которого, со стороны очищаемого газового потока электрически изолированно смонтированы коронирующие электроды, соединенные с источником питания.where a is the effective radius of the pores, h is the height of the precipitation electrode, σ is the surface tension coefficient of the condensate, p is the density of the condensate installed along the gas stream to be cleaned, with a gap relative to which, from the side of the gas stream to be cleaned, the corona electrodes connected to power source.

В известном фильтре электрически заряженные аэрозольные частицы и капли конденсата, образуемые вследствие активизации процессов конденсации с помощью генерируемых электрических зарядов, движутся под действием силового поля и электрического ветра к пористому осадительному электроду. Повышение степени очистки в известном фильтре достигается за счет инициации процессов конденсации во всем объеме газового потока, и за счет обеспечения прохождения капель конденсата во внутрь пористой поверхности осадительного электрода и обеспечение максимально благоприятных условий теплопередачи.In the known filter, electrically charged aerosol particles and condensate droplets formed as a result of the activation of condensation processes using generated electric charges move under the influence of a force field and electric wind towards a porous precipitation electrode. An increase in the degree of purification in the known filter is achieved by initiating condensation processes in the entire volume of the gas stream, and by ensuring the passage of condensate droplets into the porous surface of the precipitation electrode and ensuring the most favorable heat transfer conditions.

Вместе с тем, для реализации известного технического решения необходимо обеспечить формирование мощного электрического поля между электрически заряженным и заземленным электродами, измеряемого несколькими кВ/см. Значение электрического поля определяется величиной зазора между электрически заряженным и осадительным электродами и электрическим напряжением, подаваемым на электрически заряженный электрод. Значение подаваемого электрического напряжения ограничено характеристиками источников питания, и реальное значение напряжения не превышает 100 кВ. Для уменьшения зазора между электродами, при использовании известного устройства для очистки газов, выходящих из труб, имеющих значительные габариты, измеряемые сотнями сантиметров, электрически заряженные электроды необходимо устанавливать вдоль поверхности заземленного электрода. При этом электрически заряженные электроды будут обращены одной из своих частей к поверхности заземленного электрода, а другой к очищаемому газовому потоку. Электрическое поле вокруг электрически заряженного электрода распределено неравномерно, и значительная часть области пространства со стороны, обращенной к газовому потоку, практически не заполнено электрическим полем, и не используется в очистке газового потока, что снижает эффективность очистки.However, for the implementation of the known technical solution, it is necessary to ensure the formation of a powerful electric field between the electrically charged and grounded electrodes, measured several kV / cm. The value of the electric field is determined by the gap between the electrically charged and precipitation electrodes and the voltage supplied to the electrically charged electrode. The value of the supplied electric voltage is limited by the characteristics of the power sources, and the real value of the voltage does not exceed 100 kV. To reduce the gap between the electrodes, when using a known device for cleaning gases coming out of pipes having significant dimensions, measured in hundreds of centimeters, electrically charged electrodes must be installed along the surface of the grounded electrode. In this case, the electrically charged electrodes will face one of their parts to the surface of the grounded electrode, and the other to the cleaned gas stream. The electric field around the electrically charged electrode is unevenly distributed, and a significant part of the space region from the side facing the gas stream is practically not filled with an electric field and is not used in cleaning the gas stream, which reduces the cleaning efficiency.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности очистки.The aim of the present invention is to improve the cleaning efficiency.

Для достижения заявленной цели в фильтре очистки газового потока, содержащем соединенный с источником питания электрически заряженный электрод, смонтированный изолированно с зазором относительно поверхности заземленного пористого электрода с открытыми порами размером не менее 0,1 мкм, установленного вдоль очищаемого газового потока на выходе из источника выброса его в атмосферу, заземленный пористый электрод выполнен в виде конструкции, окружающей очищаемый газовый поток вдоль линии его тока на длине не менее одного калибра выходного сечения источника его выброса в атмосферу, и снабжен каналами, внутри которых смонтирован электрически заряженный электрод;To achieve the stated goal in a gas stream purification filter containing an electrically charged electrode connected to a power source, mounted in isolation with a gap relative to the surface of a grounded porous electrode with open pores of at least 0.1 μm in size, installed along the gas stream to be cleaned at the outlet of its emission source to the atmosphere, a grounded porous electrode is made in the form of a structure surrounding the gas stream being cleaned along its current line at a length of at least one output caliber about the cross section of the source of its discharge into the atmosphere, and is equipped with channels, inside of which an electrically charged electrode is mounted;

зазор между электрически заряженным электродом и поверхностью заземленного пористого электрода заполнен пористым диэлектрическим материалом с размером открытых пор не менее 0,1 мкм.the gap between the electrically charged electrode and the surface of the grounded porous electrode is filled with porous dielectric material with an open pore size of at least 0.1 μm.

Предлагаемое техническое решение позволяет установить заземленную поверхность вокруг всей поверхности электрически заряженного электрода с минимальным зазором. Сформированное во всем окружающем электрически заряженный электрод мощное электрическое поле позволит вовлечь в процесс очистки дополнительные объемы пространства заземленного электрода, что позволит при сохранении габаритных размеров фильтра увеличить время прохождения очищаемого газового потока через сформированное электрическое поле и повысить эффективность очистки газового потока от аэрозольных частиц. Значение электрического поля, степень его неоднородности и время нахождения очищаемого газового потока в области действующего электрического поля в предлагаемом техническом решении позволяют обеспечить сепарацию от очищаемого газового потока, в том числе и электрически нейтральных аэрозольных частиц за счет сил, действующих на аэрозоли в неоднородном электрическом поле. В мощном неоднородном электрическом поле на поверхностях сепарируемых аэрозолей индуцируются электрические заряды, вследствие чего, электрически нейтральные аэрозольные частицы втягиваются в область повышенной неоднородности электрического поля. Путем увеличения времени воздействия неоднородного электрического поля на электрически нейтральные аэрозольные частицы обеспечивается необходимое отклонение траектории движения аэрозолей от линий тока очищаемого газа, достаточное для осаждения их на поверхности пор.The proposed technical solution allows you to install a grounded surface around the entire surface of an electrically charged electrode with a minimum gap. A powerful electric field formed in the surrounding electrically charged electrode will allow us to involve additional volumes of the grounded electrode space in the cleaning process, which, while maintaining the overall dimensions of the filter, will increase the transit time of the cleaned gas stream through the generated electric field and increase the efficiency of cleaning the gas stream from aerosol particles. The value of the electric field, the degree of its heterogeneity and the residence time of the cleaned gas stream in the region of the acting electric field in the proposed technical solution allow separation from the cleaned gas stream, including electrically neutral aerosol particles due to forces acting on aerosols in a non-uniform electric field. In a powerful inhomogeneous electric field, electric charges are induced on the surfaces of the separated aerosols, as a result, electrically neutral aerosol particles are drawn into the region of increased electric field inhomogeneity. By increasing the exposure time of an inhomogeneous electric field on electrically neutral aerosol particles, the necessary deviation of the aerosol trajectory from the streamlines of the gas to be cleaned is sufficient to precipitate them on the pore surface.

На рис. 1 представлена общая схема предлагаемого фильтра. На рис. 1 заземленный пористый электрод изображен в виде цилиндра. При необходимости пористый электрод может быть выполнен в виде конуса.In fig. 1 presents a General diagram of the proposed filter. In fig. 1, a grounded porous electrode is depicted as a cylinder. If necessary, the porous electrode can be made in the form of a cone.

На рис. 2 - рис. 3 представлены возможные варианты схемного выполнения каналов в заземленном электроде. Рис. 2 - рис. 3 иллюстрируют схемное выполнение каналов в виде полых цилиндров, на рис. 4 представлена схема выполнения канала по винтовой поверхности.In fig. 2 - fig. Figure 3 presents possible options for circuit design of channels in a grounded electrode. Fig. 2 - fig. 3 illustrate the circuit design of channels in the form of hollow cylinders, in Fig. 4 shows a diagram of a channel along a helical surface.

Фильтр включает в себя заземленный пористый электрод 1, выполненный в виде конструкции, окружающей очищаемый газовый поток. Конструкция заземленного пористого электрода может быть цилиндрической и конической формы. Заземленный пористый электрод установлен на заземленной платформе 2 на выходе газового потока из источника выброса газового потока в атмосферу 3, симметрично его оси, вдоль исходной его линии тока. Направление исходной линии тока очищаемого газового потока на рисунках обозначено стрелкой А. Заземленный пористый электрод 1 выполнен длинной L, значение которой не менее одного калибра d поперечного сечения источника выброса газового потока в атмосферу. Нумерация позиций одинакова для всех рисунков. Каналы 4 заземленного пористого электрода 1 выполнены из электропроводных тонкостенных пористых конструкций с открытыми порами (прозрачными для прохождения очищаемого газового потока). Размер открытых пор составляет значение не менее 0.1 мкм. Конкретное значение размера пор выбирается на стадии проектирования, исходя из требований по степени очистки газового потока, размеров содержащихся в нем аэрозольных частиц и уровня их концентрации, требованиям к регламентному обслуживанию и ограничениям по гидравлическому сопротивлению фильтра. Тонкостенные пористые конструкции с открытыми порами могут быть выполнены из электропроводной сетки, например, из просечно-вытяжной сетки (См., например, http://www.setka-spb.ru/use.php?yclid=5833458958449525590). Выполнение каналов 4 может быть реализовано различными схемными решениями. Основной принцип формирования канала - это формирование в конструкции заземленного пористого электрода удлиненных полых внутри труб. Каналы 4 могут быть выполнены с помощью смонтированных соосно устройству источника выброса газового потока в атмосферу с зазором друг относительно друга двух прозрачных для прохождения газового потока базовых тонкостенных поверхностей, внутренней 5 и наружной 6. Базовые тонкостенные поверхности могут быть цилиндрическими (рис. 1) и коническими. Базовые тонкостенные поверхности 5. 6 могут быть выполнены по любым направляющим, например, круговым (рис. 2), или направляющим в виде многоконечной звезды (рис. 3). При этом, направляющая внутренней базовой цилиндрической поверхности должна охватывать поперечное сечение выходного канала источника выброса газового потока в атмосферу (D≥d). Конкретный размер поперечного сечения внутреннего цилиндра базовой цилиндрической поверхности 5 D, а также высота монтажа заземленного электрода 1 δ, определяются на стадии проектирования. Данные параметры определяются путем компромисса между необходимостью вовлечения в процесс очистки окружающего атмосферного воздуха и ограничениями габаритных размеров фильтра. Во многих источниках выброса (например, дымовые и выхлопные трубы, градирни ТЭЦ) очищаемые газы содержат парообразную влагу, которая при смешении очищаемого газа с атмосферным воздухом конденсируется. Конденсируемые капли легче, чем мелкие аэрозольные частицы сепарируются от потока. Тем более, что в значительной степени конденсация происходит на аэрозольных частицах. Реализуется так называемый конденсационный метод очистки. Степень конденсации в значительной степени определяется объемом атмосферного воздуха, вовлекаемого в процесс очистки. При очистке неконденсируемых газовых потоков допускается монтаж фильтра на источник выброса газового потока без зазора (D=d, δ=0).The filter includes a grounded porous electrode 1, made in the form of a structure surrounding the cleaned gas stream. The design of the grounded porous electrode can be cylindrical and conical in shape. A grounded porous electrode is mounted on a grounded platform 2 at the outlet of the gas stream from the source of the gas stream into the atmosphere 3, symmetrically to its axis, along its original streamline. The direction of the initial streamline of the gas stream being cleaned is indicated in the figures by arrow A. The grounded porous electrode 1 is made of length L, the value of which is not less than one gauge d of the cross section of the source of gas flow into the atmosphere. Numbering of positions is the same for all figures. The channels 4 of the grounded porous electrode 1 are made of conductive thin-walled porous structures with open pores (transparent for the passage of the cleaned gas stream). The size of open pores is not less than 0.1 microns. The specific value of the pore size is selected at the design stage, based on the requirements for the degree of purification of the gas stream, the size of the aerosol particles contained therein and their concentration level, the requirements for routine maintenance and restrictions on the hydraulic resistance of the filter. Thin-walled porous structures with open pores can be made of electrically conductive mesh, for example, expanded metal mesh (See, for example, http://www.setka-spb.ru/use.php?yclid=5833458958449525590). The implementation of channels 4 can be implemented by various circuit solutions. The main principle of channel formation is the formation in the design of a grounded porous electrode of elongated hollow inside pipes. Channels 4 can be made by using a coaxial mounted source of gas flow into the atmosphere with a gap relative to each other two transparent thin-walled surfaces, internal 5 and outer 6, for gas flow. The base thin-walled surfaces can be cylindrical (Fig. 1) and conical . Base thin-walled surfaces 5. 6 can be made along any guides, for example, circular (Fig. 2), or guides in the form of a multi-pointed star (Fig. 3). At the same time, the guide of the inner base cylindrical surface should cover the cross section of the output channel of the source of emission of the gas stream into the atmosphere (D≥d). The specific cross-sectional size of the inner cylinder of the base cylindrical surface 5 D, as well as the mounting height of the grounded electrode 1 δ, are determined at the design stage. These parameters are determined by a compromise between the need to involve ambient air into the cleaning process and the limitations of the overall dimensions of the filter. In many emission sources (for example, chimneys and exhaust pipes, cooling towers of thermal power plants), the cleaned gases contain vaporous moisture, which condenses when the purified gas is mixed with atmospheric air. Condensable droplets are lighter than fine aerosol particles separated from the stream. Moreover, to a large extent, condensation occurs on aerosol particles. The so-called condensation cleaning method is implemented. The degree of condensation is largely determined by the volume of atmospheric air involved in the cleaning process. When cleaning non-condensable gas streams, it is allowed to mount the filter on the source of gas flow emission without a gap (D = d, δ = 0).

Каналы 4 могут быть сформированы в зазоре между базовыми цилиндрическими поверхностями 5 и 6 путем установки параллельно образующим цилиндрическим поверхностям 5, 6 перегородок 8, либо установкой с определенным шагом по высоте кольцевых перегородок, либо монтажом винтовой поверхности 9 (рис. 4). Каналы 4 могут быть также выполнены и без использования базовых поверхностей, например, в виде набора соединенных между собой тонкостенных труб 10, которые могут быть выполнены по круговым, квадратным, шестигранным и прочим образующим. При этом, также как и в случае с базовыми цилиндрическими поверхностями, конструкция из набора тонкостенных труб должна охватывать поперечное сечение выходного канала источника выброса очищаемого потока в атмосферу 3. Внутри канала 4, с зазором относительно его стенок 5, 6, 8, 9, 10 электрически изолированно установлен электрически заряженный электрод 11. Электрически заряженный электрод 11 электрически соединен с источником питания 12. Для исключения образования коронного разряда поверхность электрически заряженного электрода 11 должна быть гладкой и может быть выполнена в виде трубки, радиусом не менее 1 мм. Электрически заряженный электрод 11 может быть закреплен на опоре 13, смонтированной на изоляторах 14. При необходимости электрически заряженный электрод 11 может быть покрыт слоем электрической изоляции. Выходное сечение заземленного пористого электрода 1 может быть перекрыто заглушкой 15. В случае использования фильтра для сбора капельной влаги в нижней части, в месте примыкания каналов заземленного пористого электрода к заземленной платформе 2 и в нижней части примыкания электрически заряженных электродов к опоре 13 могут быть смонтированы лотки для сбора жидкости 16 со сливным патрубком 17. Для повышения эффективности работы фильтра по очистке газовых потоков от очень мелких аэрозолей зазор в каналы заземленного электрода в зазорах между электрически заряженным электродом 11 и поверхностью заземленного электрода заполняются пористым диэлектрическим материалом. Размер открытых пор пористого электроизоляционного материала составляет значение не менее 0.1 мкм. Конкретное значение размера пор выбирается на стадии проектирования, исходя из требований по степени очистки газового потока, размеров содержащихся в нем аэрозольных частиц и уровня их концентрации, требованиям к регламентному обслуживанию и ограничениям по гидравлическому сопротивлению фильтра. При необходимости сокращения габаритных размеров фильтра, либо, исходя из других каких-либо конструктивных ограничений, схемные выполнения заземленного пористого электрода и, соответственно, выполнение в нем каналов могут быть различными, например, базовые поверхности 5 и 6 могут быть выполнены коническими. А канал образуется путем монтажа в образовавшемся зазоре между ними кольцевых перегородок или винтовой поверхности, как показано на рис. 4Channels 4 can be formed in the gap between the base cylindrical surfaces 5 and 6 by installing parallel to the cylindrical surfaces 5, 6 of the partition walls 8, or by installing annular partitions with a certain step along the height of the walls, or by mounting a screw surface 9 (Fig. 4). The channels 4 can also be made without the use of base surfaces, for example, in the form of a set of interconnected thin-walled pipes 10, which can be made in a circular, square, hexagonal and other generatrices. In this case, as well as in the case of base cylindrical surfaces, the design of a set of thin-walled pipes should cover the cross section of the output channel of the source of emission of the cleaned stream into the atmosphere 3. Inside the channel 4, with a gap relative to its walls 5, 6, 8, 9, 10 An electrically charged electrode 11 is electrically insulated. An electrically charged electrode 11 is electrically connected to a power source 12. To prevent corona formation, the surface of the electrically charged electrode 11 should be LadKom and may be formed as a tube, a radius of not less than 1 mm. An electrically charged electrode 11 can be mounted on a support 13 mounted on insulators 14. If necessary, the electrically charged electrode 11 can be coated with a layer of electrical insulation. The output section of the grounded porous electrode 1 can be blocked by a plug 15. In the case of using a filter to collect droplet moisture in the lower part, at the junction of the channels of the grounded porous electrode to the grounded platform 2 and in the lower part of the junction of the electrically charged electrodes to the support 13, trays can be mounted for collecting liquid 16 with a drain pipe 17. To increase the efficiency of the filter for cleaning gas flows from very small aerosols, a gap in the channels of the grounded electrode in the gaps between y is electrically charged electrode 11 and the surface of the ground electrode are filled with a porous dielectric material. The open pore size of the porous insulating material is at least 0.1 μm. The specific value of the pore size is selected at the design stage, based on the requirements for the degree of purification of the gas stream, the size of the aerosol particles contained therein and their concentration level, the requirements for routine maintenance and restrictions on the hydraulic resistance of the filter. If it is necessary to reduce the overall dimensions of the filter, or, based on any other design restrictions, the circuit design of the grounded porous electrode and, accordingly, the implementation of the channels in it can be different, for example, the base surfaces 5 and 6 can be made conical. And the channel is formed by mounting in the resulting gap between them annular partitions or a screw surface, as shown in Fig. four

Фильтр работает следующим образом.The filter works as follows.

Процесс работы фильтра описан для случая очистки дымовых газов. Предназначенный для очистки в фильтре газовый поток выходит из дымовой трубы 3 (направление потока на поясняющих рисунках обозначено стрелкой А) и попадает во внутреннее пространство заземленного пористого электрода. Вследствие наличия в заземленном пористом электроде открытых пор, а также наличия зазора между внутренней базовой поверхностью заземленного электрода 5 и дымовой трубой 3, как по перечному сечению, так и по высоте, воздух окружающей атмосферы (на поясняющих рисунках обозначен стрелками W) также проходит во внутренний объем. При смешивании атмосферного воздуха с дымовыми газами происходит охлаждение дымовых газов и конденсация содержащихся в них водяных паров. Конденсация паров происходит во всем объеме дымовых газов на содержащихся в нем аэрозольных частицах. Как известно, см., например, Durkee et. Al. The Impact of Ship-Produced Aerosols on the Microstructure and Albedo of Warm Marine Stratocumulus Clouds: A Test of MAST Hypotheses 1i and 1ii. Journal of the atmospheric sciences. 2000. volume 57, p. 2554-2569, пары воды конденсируются на аэрозольных частицах, размер которых более 50 нм (первый абзац правого столбца, стр. 2560). Таким образом, во внутреннем пространстве заземленного электрода формируются условия, при которых осуществляется конденсация содержащихся в дымовых газах воды паров воды на аэрозольных частицах, размер которых не менее 50 нм. Образуемые при этом капли конденсата превышают размер сепарируемых аэрозольных частиц. Подлежащие очистке дымовые газы с капельными дисперсиями набегающим ветровым потоком увлекаются на подветренную часть заземленного пористого электрода. Проходя через поры в тонкостенных пористых конструкциях, дымовые газы, содержащие капельные дисперсии, попадают в канал 4, где между электрически заряженным электродом 11 и заземленными поверхностями 5, 6, 8, 9, 10, которые образуют стенки канала 4 заземленного электрода 1, сформировано неоднородное электрическое поле. Электрическое поле на поверхностях аэрозолей, значительная часть которых вследствие конденсации превратилась в капельные дисперсии, индуцирует электрический дипольный момент. Аэрозоли вследствие индуцированного дипольного момента втягиваются неоднородным электрическим полем в сторону увеличения его градиента, т.е. к поверхности электрически заряженного электрода 11. При наличии на электрически заряженном электроде слоя электрической изоляции, аэрозоли за счет сил электрического поля будут прижиматься к его поверхности и удерживаться на ней за счет сил смачивания. При накоплении капельных дисперсий на поверхности в процессе работы фильтра мелкие капли будут сливаться и укрупняться до размеров, обеспечивающих их гравитационное выпадение вниз в лотки для сбора жидкости 16 и через сливные патрубки 17 выводиться из фильтра. Дымовой газ, очищенный от аэрозолей, ветровым потоком через поры в тонкостенных пористых конструкциях заземленного пористого электрода выносятся из фильтра в окружающее пространство. Для того чтобы снизить скорость прохождения очищаемого газового потока через область электрического поля, в предлагаемом техническом решении очищаемый поток проходит вдоль осадительного электрода на длине не менее одного калибра выходного сечения источника его выброса в атмосферу. Кроме того, предусмотрено увеличение площади проходного сечения путем выполнения базовых тонкостенных цилиндрических поверхностей 5. 6, образующих каналы в заземленном пористом электроде по направляющим, выполненным в виде многоконечной звезды. При ограниченных возможностях увеличения габаритных размеров фильтра выходное сечение заземленного пористого электрода может быть перекрыто заглушкой 15. Для повышения эффективности работы фильтра по очистке газовых потоков от очень мелких, субмикронных аэрозолей, зазор в каналах заземленного электрода между электрически заряженным электродом 11 и поверхностью заземленного электрода заполняется пористым диэлектрическим материалом. Проходя через поры, содержащиеся в очищаемом газовом потоке, аэрозоли осаждаются на стенках пор даже при незначительных отклонениях аэрозолей от линий тока очищаемого газового потока. Выполнение пор размером более 0,1 мкм позволяет потоку очищаемого газа беспрепятственно проходить через каналы заземленного пористого электрода и обеспечивает выход очищенного газа в окружающее пространство. Размеры капилляров вертикальных каналов в диэлектрическом пористом материале выбираются, исходя из условий превышения значения гравитационных сил накопленной в капиллярах жидкости над капиллярными силами и истечения из капилляров вертикальных каналов конденсируемой жидкости.The filter operation process is described for the case of flue gas cleaning. The gas stream intended for cleaning in the filter exits the chimney 3 (the flow direction in the explanatory figures is indicated by arrow A) and enters the interior of the grounded porous electrode. Due to the presence of open pores in the grounded porous electrode, as well as the presence of a gap between the internal base surface of the grounded electrode 5 and the chimney 3, both in the cross section and in height, the air of the surrounding atmosphere (indicated by arrows in the explanatory figures) also passes into the internal volume. When atmospheric air is mixed with flue gases, the flue gases are cooled and the water vapor contained in them is condensed. Vapor condensation occurs in the entire volume of flue gases on the aerosol particles contained therein. As is known, see, for example, Durkee et. Al. The Impact of Ship-Produced Aerosols on the Microstructure and Albedo of Warm Marine Stratocumulus Clouds: A Test of MAST Hypotheses 1i and 1ii. Journal of the atmospheric sciences. 2000. volume 57, p. 2554-2569, water vapor condenses on aerosol particles larger than 50 nm (first paragraph of the right column, p. 2560). Thus, in the internal space of the grounded electrode, conditions are formed under which the condensation of water vapor contained in the flue gas water on aerosol particles, the size of which is not less than 50 nm. The resulting condensate droplets exceed the size of the separated aerosol particles. Flue gases to be cleaned with droplet dispersions by the incident wind flow are carried away to the leeward part of the grounded porous electrode. Passing through the pores in thin-walled porous structures, flue gases containing droplet dispersions fall into channel 4, where a non-uniform is formed between the electrically charged electrode 11 and the grounded surfaces 5, 6, 8, 9, 10, which form the walls of the channel 4 of the grounded electrode 1 electric field. The electric field on the surfaces of aerosols, a significant part of which, due to condensation, turned into droplet dispersions, induces an electric dipole moment. Aerosols due to the induced dipole moment are drawn in by an inhomogeneous electric field in the direction of increasing its gradient, i.e. to the surface of the electrically charged electrode 11. If there is a layer of electrical insulation on the electrically charged electrode, aerosols due to the forces of the electric field will be pressed to its surface and held on it due to wetting forces. With the accumulation of droplet dispersions on the surface during the operation of the filter, small droplets will merge and coarsen to sizes that ensure their gravitational precipitation down into the liquid collection trays 16 and out of the filter through drain pipes 17. The flue gas purified from aerosols is carried out through the pores in thin-walled porous structures of the grounded porous electrode from the filter into the surrounding space. In order to reduce the speed of passage of the cleaned gas stream through the region of the electric field, in the proposed technical solution, the stream to be cleaned passes along the precipitation electrode at a length of at least one caliber of the output section of the source of its emission into the atmosphere. In addition, it is envisaged to increase the area of the bore by performing basic thin-walled cylindrical surfaces 5. 6, forming channels in a grounded porous electrode along guides made in the form of a multi-pointed star. With limited possibilities of increasing the overall dimensions of the filter, the output section of the grounded porous electrode can be blocked by a plug 15. To increase the filter’s efficiency in cleaning gas flows from very small, submicron aerosols, the gap in the channels of the grounded electrode between the electrically charged electrode 11 and the surface of the grounded electrode is filled with a porous dielectric material. Passing through the pores contained in the cleaned gas stream, aerosols are deposited on the walls of the pores even with slight deviations of the aerosols from the streamlines of the cleaned gas stream. The implementation of pores larger than 0.1 μm allows the flow of the purified gas to freely pass through the channels of the grounded porous electrode and provides the outlet of the purified gas into the surrounding space. The sizes of the capillaries of the vertical channels in the dielectric porous material are selected based on the conditions for the gravitational forces of the liquid accumulated in the capillaries to exceed the capillary forces and the outflow of the vertical channels of the condensed liquid from the capillaries.

Предложенное техническое решение благодаря тому, что в заземленном пористом электроде выполнены каналы, внутри которых смонтированы электрически заряженные электроды, в процесс очистки вовлекаются дополнительные объемы пространства в заземленном электроде. В дополнительных объемах пространства формируется неоднородное электрическое поле, обеспечивающее сепарацию аэрозольных частиц от очищаемого газового потока. Время прохождения очищаемого газового потока через сформированное электрическое поле увеличивается. Повышается эффективность очистки газового потока от аэрозольных частиц и обеспечивается достижение цели предлагаемого изобретения.The proposed technical solution due to the fact that channels are made in the grounded porous electrode, inside which electrically charged electrodes are mounted, additional volumes of space in the grounded electrode are involved in the cleaning process. In additional volumes of space, an inhomogeneous electric field is formed, which ensures the separation of aerosol particles from the gas stream being cleaned. The transit time of the cleaned gas stream through the generated electric field increases. Increases the efficiency of cleaning the gas stream from aerosol particles and ensures the achievement of the objectives of the present invention.

Claims

1. A gas stream purification filter comprising an electrically charged electrode connected to a power source, mounted in isolation with a gap relative to the surface of a grounded porous open-cell electrode of at least 0.1 μm in size, installed along the gas stream being cleaned at the outlet of its source of emission into the atmosphere, characterized in that the grounded porous electrode is made in the form of a structure surrounding the cleaned gas stream along the line of its current at a length of at least one caliber of the output section and the source of its discharge into the atmosphere and is equipped with channels, inside of which an electrically charged electrode is mounted.

2. The gas stream purification filter according to claim 1, characterized in that the gap between the electrically charged electrode and the surface of the grounded porous electrode is filled with a porous dielectric material with an open pore size of at least 0.1 μm.