RU2586336C1

RU2586336C1 - Device for electrical cleaning of gases

Info

Publication number: RU2586336C1
Application number: RU2015113493/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Палей
Original assignee: Алексей Алексеевич Палей
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-06-10

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to electric cleaning of gases and can be used in various industries, power engineering, metallurgy, meteorology. Device includes precipitation electrode and corona-forming electrode with protruding elements on its body. Between protruding elements, with a gap of not more than 50 mm from their surface, there are electric discharge initiators grounded through electrical resistance. In body of corona-forming electrode there are through holes.

EFFECT: higher efficiency of cleaning gases owing to improved stability of corona discharge and generation of ionic wind.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрической очистке газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, энергетики, металлургии, метеорологии (активные воздействий на атмосферу) и пр.The invention relates to electrical cleaning of gases and can be used in various industries, energy, metallurgy, meteorology (active effects on the atmosphere), etc.

В патенте на изобретение №2229939 RU представлено описание устройства электрической очистки газов, в котором коронирующий электрод, содержит ленточный корпус с профилированной центральной частью и плоскими краевыми секциями, надрезанными равномерно из одной точки по двум наклонным линиям, направленным от этой точки в разные стороны под острым углом к торцевым линиям с образованием треугольных наконечников, отогнутых в стороны от плоскости краевых секций. Наконечник, образованный наклонными линиями, остается в плоскости корпуса элемента и имеет угол между наклонными линиями, больший, чем угол отогнутых наконечников, образованный наклонной линией и торцевой линией краевой секции. Известное устройство обеспечивает устойчивое зажигание короны и приемлемые вольтамперные характеристики системы генерации коронного разряда. Вместе с тем эффективность коронного разряда в известной конструкции, а также скорость формируемого коронным разрядом ионного ветра обеспечиваются в узком значении величины диапазона зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом. Обеспечение точностных параметров зазора является сложной инженерной задачей и для ее решения требуется создание дорогостоящих конструкций.The patent for invention No. 2229939 RU describes a device for electric gas purification, in which the corona electrode contains a tape body with a profiled central part and flat edge sections cut evenly from one point along two oblique lines directed from this point in different directions under sharp angle to the end lines with the formation of triangular tips, bent away from the plane of the edge sections. The tip formed by the inclined lines remains in the plane of the element body and has an angle between the inclined lines greater than the angle of the bent tips formed by the inclined line and the end line of the edge section. The known device provides stable ignition of the corona and acceptable current-voltage characteristics of the corona discharge generation system. At the same time, the efficiency of the corona discharge in the known construction, as well as the speed of the ion wind formed by the corona discharge are ensured in a narrow value of the range of the gap between the corona electrode and the precipitation electrode. Ensuring the accuracy of the gap parameters is a complex engineering task and to solve it requires the creation of expensive structures.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство электрической очистки газов с коронирующим электродом, описание которого представлено в патенте РФ №2448779. Коронирующий электрод по упомянутому патенту содержит ленту с надрезанными с шагом от 0,1 до 150 мм по краям ленты иглами с высотой игл, определяемой в зависимости от межэлектродного пространства в диапазоне от 3 до 30 мм, и радиусом кривизны концов игл в диапазоне от 0,01 до 0,5 мм. Профиль центральной части коронирующего электрода известного устройства вписывается в окружность диаметром 2-30 мм. Выбор такого диапазона окружности обусловлен с меньшей стороны обеспечением требуемой жесткости элементов, а с другой - допустимой величиной межэлектродного промежутка. В коронирующем электроде по известному патенту выполнено два ряда острых игл, расстояние между которыми фиксировано и полностью перекрыто конструкцией электрода, что препятствует свободному прохождению очищаемого воздуха в направлении к осадительному электроду и снижает эффективность генерации ионного ветра. Устойчивое горение коронного разряда и формирование ионного ветра в известном устройстве обеспечивается только в ограниченном диапазоне значений зазора между коронирующим и осадительным электродами.The closest technical solution to the proposed one is a device for electric gas purification with a corona electrode, a description of which is presented in RF patent No. 2448779. The corona electrode according to the aforementioned patent contains a tape with needles cut with a pitch of from 0.1 to 150 mm along the edges of the tape with a needle height determined depending on the interelectrode space in the range from 3 to 30 mm and a radius of curvature of the ends of the needles in the range from 0, 01 to 0.5 mm. The profile of the central part of the corona electrode of the known device fits into a circle with a diameter of 2-30 mm. The choice of such a range of circumference is determined on the lesser side by providing the required stiffness of the elements, and on the other hand, by the allowable value of the interelectrode gap. In the corona electrode according to the well-known patent, two rows of sharp needles are made, the distance between which is fixed and completely covered by the electrode structure, which prevents the free passage of the cleaned air towards the precipitation electrode and reduces the efficiency of ion wind generation. Stable combustion of the corona discharge and the formation of ionic wind in the known device is provided only in a limited range of values of the gap between the corona and precipitation electrodes.

Целью предлагаемого изобретения является повышение устойчивости коронного разряда и генерации ионного ветра.The aim of the invention is to increase the stability of the corona discharge and the generation of ionic wind.

Для достижения заявленной цели известное устройство для электрической очистки газов, содержащее осадительный и коронирующий электрод с выступающими элементами на его корпусе, снабжено заземленными через электрические сопротивления инициаторами электрических разрядов, установленными между выступающими элементами с зазором не более 50 мм от их поверхности, а в корпусе коронирующего электрода выполнены сквозные отверстия.To achieve the stated goal, a known device for electric gas purification, containing a precipitation and corona electrode with protruding elements on its body, is equipped with electric discharge initiators grounded through electrical resistances, installed between the protruding elements with a gap of not more than 50 mm from their surface, and in the corona case the electrode is made through holes.

В предлагаемом устройстве условия для формирования коронного разряда обеспечиваются непосредственно в самом коронирующем электроде. Между поверхностью выступающих элементов на корпусе коронирующего электрода и заземленными через электрические сопротивления инициаторами электрических зарядов установлен гарантированный зазор. При этом могут быть достигнуты любые наперед заданные точностные характеристики зазора и, как следствие, предлагаемая конструкция не требует повышенных значений напряжения для обеспечения зажигания коронного разряда. Небольшое значение зазора между инициатором электрических зарядов и выступающими элементами, которое не превышает 50 мм, обеспечивает при напряжении порядка 50 кВ устойчивое горение коронного разряда. Высокое значение тока коронного разряда в предлагаемом решении обеспечивается геометрическими параметрами конструкции. Условия для формирования электрических зарядов на поверхности электрода независимы от условий, при которых обеспечивается перемещение заряда к осадительному электроду и формирование ионного ветра. Наличие сквозных отверстий в корпусе снижает аэродинамическое сопротивление при формировании ионного ветра. Таким образом, совокупность новых признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить устойчивость коронного разряда и генерации ионного ветра.In the proposed device, the conditions for the formation of a corona discharge are provided directly in the corona electrode itself. A guaranteed gap is established between the surface of the protruding elements on the body of the corona electrode and the initiators of electric charges grounded through electrical resistances. In this case, any previously specified accuracy characteristics of the gap can be achieved and, as a consequence, the proposed design does not require increased voltage values to ensure ignition of the corona discharge. A small value of the gap between the initiator of electric charges and protruding elements, which does not exceed 50 mm, provides stable combustion of a corona discharge at a voltage of about 50 kV. The high value of the corona discharge current in the proposed solution is ensured by the geometric parameters of the structure. The conditions for the formation of electric charges on the electrode surface are independent of the conditions under which the charge is transferred to the precipitation electrode and the formation of an ionic wind. The presence of through holes in the housing reduces aerodynamic drag during the formation of ionic wind. Thus, the combination of new features of the proposed technical solution allows to increase the stability of the corona discharge and the generation of ionic wind.

На рис. 1 представлено схематическое изображение предлагаемой конструкции устройства для электрической очистки газов.In fig. 1 is a schematic representation of the proposed design of a device for electric gas purification.

Устройство включает в себя коронирующий электрод с корпусом 1 и клеммой 2, предназначенной для соединения с источником питания. С шагом X высотой h на плоскости корпуса 1 коронирующего электрода установлены выступающие элементы 3. С зазором 6 относительно выступающих элементов электрически изолированно, например, на изоляторах 4 установлены электропроводные инициаторы электрических разрядов 5, которые через электрические сопротивления 6 соединены с клеммой 7, предназначенной для подключения к контуру заземления. Для снижения аэродинамического сопротивления при формировании ионного ветра в корпусе коронирующего электрода 1 выполнены отверстия 8 для прохождения воздушного потока. Корпус может быть выполнен из обычной электропроводной сетки, см., например, http://www.perfo.ru/catalog/metallicheskava-setka/list-prosechno-vytvazhnoj.html.The device includes a corona electrode with a housing 1 and a terminal 2 for connecting to a power source. With a pitch X of height h, protruding elements 3 are installed on the plane of the housing 1 of the corona electrode. With a gap 6 relative to the protruding elements, they are electrically isolated, for example, conductors of electrical discharges 5 are installed on insulators 4, which are connected via terminal 6 to a terminal 7 for connection to the ground loop. To reduce aerodynamic drag during the formation of an ionic wind, openings 8 are made in the housing of the corona electrode 1 for air flow. The casing can be made of ordinary electrically conductive mesh, see, for example, http://www.perfo.ru/catalog/metallicheskava-setka/list-prosechno-vytvazhnoj.html.

Поверхность инициаторов электрических разрядов 5 может быть покрыта слоем электрической изоляции 9. На рис. 1 также представлены источник питания 10, осадительный электрод 11 и контур заземления конструкции 12.The surface of the initiators of electric discharges 5 can be covered with a layer of electrical insulation 9. In Fig. 1 also shows a power source 10, a precipitation electrode 11, and a ground loop of structure 12.

При подаче высокого напряжения от источника питания 10 на клемму 2 коронирующего электрода в области зазора δ между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5 формируется область повышенного значения напряженности электрического поля. Значение зазора δ и значение сопротивления R выбирают из условия зажигания коронного разряда с учетом электрической прочности воздушного пространства в разрядном промежутке δ, руководствуясь известными соотношениями для коронного разряда (см., например, Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.). В области пространства δ между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5 повышается концентрация электрических зарядов, стекание которых в контур заземления ограничивается электрическим сопротивлением 5 и слоем электрической изоляции 9. При приближении к коронирующему электроду осадительного электрода 11 с зазором Δ, электрическое поле, образуемое между коронирующим и осадительным электродом, смещает образовавшиеся электрические заряды в зазоре δ от коронирующего электрода к осадительному электроду. Таким образом, в предлагаемом техническом решении создается две электрические цепи. Одна цепь - между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5, где в зазоре δ формируются электрические заряды, часть из которых через сопротивление R уходит в контур заземления. Другая часть зарядов электрическим полем, формируемым между коронирующим электродом и осадительным электродом, уносится к осадительному электроду, формируя в области зазора между ними ионный ветер и повышенную концентрацию электрических зарядов. Соотношение между количеством зарядов, уходящих через инициатор электрических зарядов в контур заземления, и количеством зарядов, обеспечивающих перемещение электрических зарядов к осадительному электроду, определяется геометрическими соотношения коронирующего электрода. Выбор значения сопротивления R, толщины слоя изоляции и значения зазора 6 производится для каждой конкретной конструкции коронирующего электрода в зависимости от значений напряжения источника питания и параметров используемого устройства для генерации коронного разряда: значением зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом, требованиям к концентрации электрических зарядов, скорости ионного ветра и пр. Если в известной конструкции одни и те же параметры электрического поля использовались как для формирования электрических зарядов (зажигание коронного разряда), так и для продвижения образуемых электрических зарядов к осадительному электроду, образованию ионного ветра, что может быть обеспечено только в очень узком диапазоне размеров зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом. При уменьшении зазора возникает электрический пробой, при увеличении зазора падает напряженность электрического поля, и коронный разряд практически гаснет. Особенно остро стоит вопрос об устойчивом горении коронного разряда в устройствах, работающих в увлажненных газовых потоках, например при использовании коронного разряда для рассеивания тумана.When applying a high voltage from the power source 10 to the terminal 2 of the corona electrode in the region of the gap δ between the protruding elements 3 and the surface of the initiators of the electric discharges 5, a region of increased electric field strength is formed. The gap value δ and the resistance value R are selected from the condition of ignition of the corona discharge taking into account the electric strength of the air space in the discharge gap δ, being guided by the well-known relations for corona discharge (see, for example, N.A. Kaptsov. Electronics. State Publishing House of technical and technical literature Moscow, 1956). In the region of space δ between the protruding elements 3 and the surface of the initiators of electric discharges 5, the concentration of electric charges increases, the flow of which into the ground loop is limited by the electrical resistance 5 and the layer of electrical insulation 9. When approaching the corona electrode of the precipitation electrode 11 with a gap Δ, the electric field generated between the corona and precipitation electrode, shifts the formed electric charges in the gap δ from the corona electrode to the precipitation electrode do. Thus, in the proposed technical solution creates two electrical circuits. One circuit is between the protruding elements 3 and the surface of the initiators of electric discharges 5, where electric charges are formed in the gap δ, part of which goes through the resistance R to the ground loop. Another part of the charges by the electric field formed between the corona electrode and the precipitation electrode is carried away to the precipitation electrode, forming an ionic wind and an increased concentration of electric charges in the gap between them. The ratio between the number of charges leaving through the initiator of electric charges in the ground loop, and the number of charges that ensure the movement of electric charges to the precipitation electrode, is determined by the geometric ratio of the corona electrode. The choice of the resistance value R, the thickness of the insulation layer and the gap value 6 is made for each specific design of the corona electrode depending on the values of the voltage of the power source and the parameters of the device used to generate the corona discharge: the value of the gap between the corona electrode and the precipitation electrode, the requirements for the concentration of electric charges, ion wind speeds, etc. If, in a known construction, the same parameters of the electric field were used as for the formation of electric -empirical charges (corona discharge ignition) and for the promotion of electric charges generated by the collecting electrode, the formation of an ion wind, which can only be achieved within a very narrow range of sizes of the gap between discharge electrode and collecting electrode. With a decrease in the gap, an electrical breakdown occurs, with an increase in the gap, the electric field strength decreases, and the corona discharge almost goes out. Particularly acute is the question of the stable combustion of a corona discharge in devices operating in humidified gas flows, for example, when using a corona discharge to disperse fog.

В предлагаемой же конструкции зажигание коронного разряда и образование электрических зарядов обеспечивается непосредственно в конструкции коронирующего электрода и не зависит от параметров конструкции, формирующей ионный ветер или электрическую очистку газов. Коронирующий электрод может быть изготовлен в заводских условиях с любой наперед заданной точностью всех необходимых параметров, обеспечивающих оптимальные условия для формирования коронного разряда. Причем для зажигания коронного разряда не требуется значительного повышения подаваемого напряжения и, как следствие, решения проблем повышения стойкости электрической изоляции коронирующего электрода. Значение тока коронного разряда, текущего к осадительному электроду, а, следовательно, и скорости ионного ветра определяется только напряженностью электрического поля между коронирующим и осадительным электродом, которое более стабильно в широком диапазоне зазоров пространства между ними. Таким образом, предлагаемая конструкция устройства обеспечивает повышение устойчивости формирования тока коронного разряда от коронирующего электрода к осадительному электроду и ионного ветра, что обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.In the proposed design, the ignition of the corona discharge and the formation of electric charges is provided directly in the design of the corona electrode and does not depend on the parameters of the structure forming the ionic wind or electric gas purification. The corona electrode can be manufactured in the factory with any predetermined accuracy of all necessary parameters that provide optimal conditions for the formation of a corona discharge. Moreover, to ignite the corona discharge does not require a significant increase in the supplied voltage and, as a result, to solve the problems of increasing the resistance of the electrical insulation of the corona electrode. The value of the corona discharge current flowing to the precipitation electrode, and, consequently, the speed of the ionic wind is determined only by the electric field strength between the corona and precipitation electrode, which is more stable in a wide range of gaps in the space between them. Thus, the proposed design of the device provides increased stability of the formation of the current of the corona discharge from the corona electrode to the precipitation electrode and the ion wind, which ensures the achievement of the goal of the invention.

Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№ 14-08-00836, 15-08-04724,The invention was created with the support of the Russian Federal Property Fund. Projects No. 14-08-00836, 15-08-04724,

15-08-0081. 15-08-0081.

Claims

A device for electric gas purification, containing a precipitation and corona electrode with protruding elements on its body, characterized in that it is equipped with electric discharge initiators grounded through electrical resistances, installed between the protruding elements with a gap of not more than 50 mm from their surface, and in the corona case the electrode is made through holes.