SE447797B - Sett och anordning for separering av svevande partiklar fran en gas - Google Patents

Description

'Jï 10 15 ZÜ 25 30 35 447 797 2 diffusion eller bombardemang en laddning av samma tecken som rymdladdningen. Den slutliga laddningen hos varje förorenings- partikel är beroende av partikelns storlek, dess uppehållstid i rymdladdningszonen och rymdladdningens storlek, såsom bestämd av produkten av antalet joniserade partiklar per volymenhet i utrymmet ifråga och laddningen hos nämnda partiklar.

I de fall då den med fasta partiklar förorenade gasen är explosiv, såsom exempelvis atmosfären i en sädessilo, där det mycket fina glutendammet i den omgivande luften bildar en mycket explosiv blandning, måste en koronaurladdning av det ovan nämnda slaget undvikas, eftersom den minsta gnista kan leda till omfattande skador. i Effektiviteten av en koronaurladdning minskar vidare med ökande temperatur hos den gas i vilken urladdningen äger rum.

Orsaken till detta är den termiska rörelse hos gasens molekyler.

Då en av dessa kolliderar med en negativ jon, lösgör den elektro- nen frân den negativa jonen, vilket ger upphov till en ökning av urladdningens elektronström, vilekt i sin tur medför en sänk- ning av verkningsgraden med avseende på alstringen av rymdladd- ningen, så att urladdníngen synes bli instabil.

Detta är orsaken till att rening av förbränningsgaser från eldstäder, exempelvis från eldstäder med fluidiserad härd för förbränning av kol eller återvunna bränslen med lågt värme- värde, med användning av koronaurladdning är praktiskt taget omöjlig. Bristen på en effektiv rökgasreningsmetod har hittills gjort det omöjligt att direkt använda sådana eldstäder i sam- band med kolvmotorer eller gasturbiner, utan att dessa snabbt förstöres under inverkan av de fasta partiklarna i rökgaserna.

Elektrostatiäæagasreningstekniker är också kända, vid vilka man ej använder någon koronaurladdning utan i stället mycket fina vätskedroppar som förenar sig med de fasta partik- lar som skall avlägsnas från gasen.

Sålunda har man exempelvis föreslagit att rena en gasström genom en gas-vätske-kontakt, genom att en vätska sprutas ut genom ett med tryckluft drivet överljudsmunstycke, varvid de resulterande mycket fina vätskedropparna sprutas in, vanligtvis i mul.:sl.r<'_'-1n-.: riktning, i den ggfiszslv-ölu uoxn szlcall rf-rnxzz. Munzztyclfn-f bibringas en hög elektrisk potential relativt den övriga delen 10 15 20 25 30 35 447 797 3 av anläggningen, så att de från munstycket utsprutade vatten- dropparna är elektriskt laddade och fastnar vid föroreninga- partiklarna, så att dessa drives mot metalldelar, som är elek- triskt förbundna med den övriga delen av anläggningen. Härigenom åstadkommes en separering av föroreningspartiklarna från gasen.

De resterande föroreningspartiklarna som medföres av vätske- dropparna i gasströmmen bortom munstyckena utfälles i sin tur på en elektrod, som bibringas en lämplig elektrisk potential.

En annan känd teknik av denna typ består däri, att en sträle av fina vattendroppar alstras vid mynningen av ett mun- stycke som är elektriskt anslutet till jord och placerat mitt för en ringformad elektrod som har en hög elektrisk potential, så att vattendropparna bibringas en elektrisk laddning med ett förutbestämt tecken. När de föroreningspartiklar som skall av- lägsnas från gasen som mottager strålen av vattendroppar själva redan är elektriskt laddade, vattendropparna av partiklarna och bildar en dimma, som gör det attraheras de elektriskt laddade möjligt att avlägsna partiklarna.

Båda dessa kända tekniker innebär, att den gas som skall renas tvättas med vatten, och tillåter därför ej en torr be- handling av gasen i de fall då en bildning av en partikel- vatten-suspension måste förhindras. Dessa båda tekniker är vi- dare oanvändbara för rening av gaser, som har en temperatur, vid vilken vattendropparna förångas innan de hinner förena sig med de föroreningspartiklar som skall avlägsnas från gasen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstad- komma ett förbättrat sätt och en motsvarande förbättrad anord- ning för avlägsnande av svävande, fasta föroreningspartiklar från en gas genom elektrostatisk utfällning, som gör det möjligt att lösa de ovan nämnda problemen vid rening av explosiva gaser eller gaser som har en hög temperatur.

Det kännetecknande för uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Vid förfarandet enligt uppfinningen åstadkommas sålunda en koronaurladdning i en kammare, som är skild från det utrymme i vilket den gas som skall renas strömmar, varjämte de i nämnda kammare alutrade junerna uppfängas medelst mikrokristaller av ÅOÖR (DUAL-mf LO 447 797 H is alstrade genom överljudsexpansion, som injiceras i det av gasen genomströmmade utrymmet, i vilket de infângade jonerna frigöres genom förångning eller sublimering av mikroiskristal- lerna, varigenom en rymdladdning alstras i nämnda utrymme. I Mikroiskristallerna tjänar sålunda som laddningstransportörer mellan nämnda kammare, där koronaurladdningen äger rum, och det utrymme som genomströmmas av den gas som skall renas.

Vid detta förfarande alstras således elektriska laddningar i ett första medium i nämnda kammare och överföres till ett andra medium i nämnda utrymme, där den förorenade gasen strömmar, så att en rymdladdning bildas i detta utrymme. Nämnda första och andra media är elektriskt oberoende av varandra, så att ingen gnista i det första mediet kan fortplantasig till det andra mediet. Egenskaperna hos det första mediet, i vilket jonerna alstras, påverkas ej heller av egenskaperna hos det andra mediet, i vilket jonerna användes för laddning av partiklar som skall utfällas elektrostatiskt.

Man kan hålla rymdladdningen i strömningsvägen för den förorenade gasen vid ett värde, som ligger avsevärt lägre än 10 15 20 25 30 35 5 447 797 det värde, som skulle erfordras för startning av'en koronaur- laddning någonstans i det av den förorenade gasen genomström- made utrymmet. Man eliminerar sålunda härigenom fullständigt risken för koronaurladdningar eller gnistor, i det fall att den förorenade gasen är explosiv.

Det har visat sig, att värden hos rymdladdningen som är tillräckligt låga för att vara ofarliga å andra sidan är helt tillräckliga för en elektrostatisk uppladdning av partiklarna för utfällning av desamma.

Enligt en utföringsform av uppfinningen åstadkommer man vidare en negativ koronaurladdning i den första kammaren. Häri- genom uppnås en god energiverkningsgrad och en stabil negativ jonöverföring till den gasström som skall renas.

Då den förorenade gasen har en hög temperatur, upprätt-- håller man enligt uppfinningen en koronaurladdning i den från gasströmmen skilda kammaren, vars temperatur är tillräckligt låg för att en god verkningsgrad för alstringen av rymdladdningen och för överföringen av jonerna från nämnda kammare till de heta förorenade gaserna skall erhållas. Det är fördelaktigt att injicera positiva joner alstrade från en positiv koronaurladd- ning. Man undviker härigenom att det i det av den förorenade gasen genomströmmade utrymmet förfinnes elektroner alstrade genom kollision av negativa joner med den varma gasens molekyler.

Man kan även avpassa rymdladdningen så, att sannolikheten för alstring av elektroner genom jonisering av den varma förorenade gasvolymen begränsas. Denna avpassning kan åstadkommas genom avpassning av potentialen hos den elektrodspets runt vilken korona- urladdningen sker i den första kammaren, varigenom den av mikro- partiklarna in i den andra kammaren transporterade strömmen varieras.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i an- slutning till bifogad ritning, vilken sâsom exempel illustrerar några utföringsformer av uppfinningen, varvid Pig. l är en schematisk perspektivvy, delvis genomskuren, av en anläggning enligt uppfinningen; Pig. ZA och 2B visar tvâ alternativa utföringsformer av placeringen av injektorerna för aerosolmikropartíklarna, såsom _3001: onani-r 10 15 20 30 35 447 797 s sett i snitt utmed planet I-I'i Pig. 1; Pig. 3 är ett schematiskt längdsnitt genom en injektor vid en anordning enligt uppfinningen; Pig. 4 är en schematisk perspektivvy, delvis i genom- skärning, av en utföringsform av uppfinningen för rening av heta gaser; Pig. 5 visar schematiskt en vertikal genomskärning av en annan utföringsform av en anläggning för rening av heta gaser; Pig. 6 visar ett tvärsnitt utmed planet VI-VI i Pig. S; Fig. 7 schematiskt visar en annan utföringsform av en jonínjektor vid en anordning enligt uppfinningen; Pig. 8, 9 och 10 visar tre alternativa utföringsformer av anordningen enligt Pig. 7; och Pig. ll visar ett exempel på användningen av injektorn.

Den i Pig. l visade anläggningen enligt uppfinningen inne- fattar ett utrymme i form av en parallellepipedisk kanal 10, som är avgränsad av tvâ parallella vertikala väggar ll och 12, en nedre vägg eller botten 13 och en övre vägg eller tak 15 (ej visad i ritningen). Detta utrymme 10 har en inloppsöppning lä som skall renas och ett utlopp 16, genom vilket gasen strömmar ut, sedan de i gasen ingående fasta partiklarna för den gas blivit utfällda. Inloppet 14 mynnar i en rymdladdningszon 17, som àtföljes, såsom sett i gasens strömningsriktning, av en elektrostatisk utfällningszon 19, som innefattar ett flertal plattor 20, som är parallellt anordnade med väggarna ll och 12 och växelvis anslutna till positiva och negativa potentialer.

I rymdladdningszonen 17 skjuter ett flertal injektorer 21 in, vilka är anordnade i vertikala rader 23 och 2H. Injekto- rerna i raden 23 skjuter in genom väggen ll, medan injektorerna i raden 2% skjuter in genom väggen 12.

Varje injektor innefattar vid sin främre ände ett mun- stycke 25 (se Pig. 2A och 2B) som mynnar i kanalen 10, en kropp 25 som sträcker sig genom väggen ll resp 12 vinkelrätt mot denna, och en bakre ände 28 som är ansluten dels till en gemensam ledning 29 för tillförsel av fuktig tryckluft dels till en högspänningskabel H2 (Pig. 2A).

Injektorerna 21 i Pig. 2A, som är fem till antalet i varje rad 23 och Zß, är så monterade i väggarna ll och 12, att 10 15 20 25 30 35 1 447 797 munstycket 25 h.s varje injektor i raden 23 är beläget mitt för munstycket 25 hos en injektor i raden 2%.

I Pig. 2B är injektorerna i de båda raderna förskjutna relativt varandra, så att längsaxlarna för ínjektorerna i o raden 2%' 1 väggen 12 ligger sidoförskjutna relativt längs- axlarna för injektorerna i raden 23' i väggen ll.

Varje injektor 2l (se Pig. 3) innefattar en rörformad kropp 30 av elektriskt ledande eller isolerande material, som omsluter en inre cylindrisk kammare 32. Ett strålrör 34 med ett strypställe 35 är monterat koaxiellt på den främre änden av röret 30. Den divergerande delen avstrålrörëïmynnar i en rör- formad nippel 36, som bildar injektormunstycket 25. Den bakre änden 28 av röret 30 sträcker sig in i en ihålig cylinder 38, vars bakre ände är tillsluten och som är utformad med -en sido- öppning 39, som är ansluten till tryckluftsledningen 29. I den ihåliga cylinderns 38 bakre vägg H0 är en tät isolerad genomföring kl anordnad, till vilken den elektriska matarkabeln H2 är an- sluten. Genomföringen är ansluten till en första spetsig elektrod eller nål H5, som medelst monteringsorgan UH är fäst vid rörets 30 insida. Monteringsorganet än är isolerat och utformat som en stjärna med exempelvis tre radiella armar. Nålen 45 är tillver- kad av metall och axiellt anordnad i röret 30. Dess spets är be- lägen i nivå med strypstället 35 i stràlröret 34. Strâlröret är tillverkat av ett elektriskt ledande material och bildar en andra elektrod, som är ansluten till en likspänningskälla 48 via en kabel H9 och till jord via en anslutning Sl. Nålen H5 är genom' ledaren 42 ansluten till högspänningskällans 48 andra pol.

Vid drift av anordningen utbildas, om spänningen har ett tillräckligt högt värde, en koronaurladdning mellan nålen H5 och strâlröret 3N i den fuktiga gas som strömmar genom strålrörets strypställe 35.

Om nålen H5 är negativ, attraherar den de positiva jonerna, medan elektronerna stötes bort. I den gasström där urladdningen alstras fäster sig elektronerna snabbt vid molekylerna hos den elektronegativa gasen, varigenom negativa joner alstras, som är mindre rörliga än elektronerna, varigenom en rymdladdning alstras.

Det kan visas, att den elektriska energiverkningsgraden for alstringen av en negativ rymdladdning förbättras ju mer den gas 10 15 20 25 30 ss' 447 797 a i vilken urladdningen äger rum befrämjar bildningen av negativa joner. Den dåliga rörligheten hos de negativa jonerna gör det vidare möjligt att uppnå en stabil rymd- laddning runt den centrala elektroden NS. Detta är fallet vid torr eller fuktig luft. Vid gaser som är dåligt elektro- negativa finnes risk för instabilitetsfenomen, som uppträder då de elektroner som ej fäster sig vid de negativa jonerna alstrar joniserade vägar genom gasen, vilka degenererar till elektriska ljusbágar, som kan medföra kortslutning av den centrala elektroden, vilket har en ogynnsam inverkan på anord-p ningens funktion.

Om den centrala elektroden 45 är positiv, fortplantar sig elektronerna snabbt mot denna elektrod och lämnar efter sig ett stort antal joner, som bildar en tillräckligt tät plasma för att medföra, att en joniserad kanal bildas, som uppträder som en startgnista. Kanalen fortplantar sig från den centrala elektroden i riktning mot den andra elektroden, genom att den skjuter framåt den aktiva zon som är sätet för urladdníngarna.

Om den joniserade kanalen fortplantar sig fram till den andra elektroden, uppträder en kortslutning mellan de båda elektroder- na. Genom att begränsa potenfialskillnaden mellan de båda elek- troderna är det möjligt att begränsa den aktiva zonens fortplant- ning, så att en urladdning upprätthålles utan att någon gnista startas och utan att en farlig kortslutning alstras. Den aktiva zonen kommer sålunda att omgivas av en rymdladdning bestående av positiva joner. 7 Den genom röret 30 tillförda luften har en medelhög fukt- halt, exempelvis_50% relativ fuktighet vid normalt tryck och temperatur. I detta avseende är valfriheten relativt stor och luft med en fukthalt överstígandelfiå är acceptabel för genom- förande av förfarandet, vilket gör det möjligt att använda för- farandet utan speciella åtgärder för befuktning av omgivninge- luften. Om luften är för torr, förfares på så sätt att man först komprimerar den för alstring av det tryck som erfordras för upp- nående av överljudsexpansion, varefter luften fuktas genom att den ledes genom en befuktare, innan den släppas in i röret 30. Överljudscxpansíonen av den fuktiga luften i den diver- gerande delen efter strypstället 35 i Pig. 4 alstrar ismikropar- 10 15 20 30 35 s 447 797 tiklar med en diameter av storleksordningen en hundradels mikron, vilka “fångar in" de joner som alstras av den korona- urladdning som underhàlles av denhöga potentialskillnaden mellan nålen H5 och strålröret 3H. Strålen av mikropartiklar vid mynningen av stràlröret driver iväg de laddningar som infångats inuti munstycket 25 mot laddningszonen l7 i kanalen 10. Dessa laddningar frigöras genom föràngning av ismikropartiklarna inuti kanalen 10 nâgra få centimeter från strålröret 3%. De sprider sig därefter genom diffusion och under inverkan av sin egen rymdladdning i zonen 17, innan de uppsamlas av de metalliska väggarna ll, 12, 13 och 15.

Värdet av den på detta sätt alstrade rymdladdningen kan kontrolleras genom påverkan av parametrarna för alstringen av koronaurladdningen, och i synnerhet petentialskíllnaden mellan elektroderna, luftens hastighet och tryck, storleken av strål- röret som åstadkommer den komprimerade luftens expansion osv.

Rymdladdningens värde kan vara relativt lågt jämfört med det som användes för koronaurladdningen inuti injektorn 21 sam- tidigt som den ger en tillräcklig jontäthet i utrymmet 17 för laddning av de i gasströmmen medförda dammpartiklarna till en nivå, som möjliggör dammpartiklarnas senare utfällníng i den elektrostatiska utfällningszonen 19.

Den elektriska ström som transporteras av de laddade partiklarna in i rymdladdningszonen 17 är relativt låg jämfört med den ström som injiceras av injektorn 21. Den större delen av denna ström flyter i form av en jonström till rymdladdníngs- zonens 17 metallväggar, som är anslutna till jord parallellt med strâlröret 3% och spelar en liknande roll som den extra elektroden i en konventionell gasreningsanordning med koronaur- laddning.

En med föroreningspartiklar bemängd gas släppes in vid ínloppet 14 till kanalen 10 i den med en pil 52 markerade rikt- ningen (Fig. 1) och genomströmmar rymdladdningszonen 17, där partiklarna laddas genom diffusion och bombardemang, då de kommer i kontakt med rymdladdningen, varigenom de därefter fälles ut på de polariserade plattorna 20 i den elektrostatiska utfällningszonen 19 vid gasens passage av nämnda plattor. Den renade gasen lämnar kanalen 10 i den med pilen 53 markerade rikt- ningen. ._3093 Oühïilívr äs. 10 15 20 25 30 35 447 797 10 z Vid en utföringsform av uppfinningen bibringas nålen 45 , . en negativ potential av 12 kV relativt stràlröret 34, varvid = ïfleë _ en ström av 50/MA alstras vid strålmunstyckets mynning, då 1 röret 29 matar injektorn med en fuktig luftström av 20 m3/h ' (mätt vid normal temperatur och tryck) under alstríng av ett tryck av 6 bar, varigenom en överljudsexpansion erhålles med ett Mach-tal i närheten av 1,5 i strâlmunstyckets 30 strypning 35, som har en diameter av 2,3 mm.

Kanalen 10 har en höjd av cirka 100 cm och en bredd av #0 cm. Rymdladdningszonen har en effektiv längd av 20 cm och injektorerna är placerade mitt emot varandra i denna zon med sina munstycken cirka 30 cm ifrån varandra. Varje par av mitt för varandra placerade injektorer släpper igenom en total ström av IOOIAA, vilket med den angivna geometrin och med beaktande av jonernas rörlighet gör det möjligt att alstra en rymdladdning i zonen 17 med åtminstone 1013 positiva eller negativa joner per m3, vilket motsvarar ett elektriskt fält av 1,7 x 105 V/m.

Den i kanalen insläppta gasen, som tidigare renats meka- nískt,medför vid en hastighet av 2 mls resterande förorenings-- partiklar i en mängd av 7 g/s, vilka partiklar har en genom- snittlig diameter av 3ßlm. Varje dammpartikel passerar rymdladda níngszonen på 0,1 s och erhåller cirka 300 negativa laddningar i genomsnitt, vilket motsvarar en laddningsström av l2;AA från injektorerna. 7 Strömmen av laddade dammpartiklar kommer därefter in i utfällníngszonen 19, som har följande dimensioner: höjd 100 cm, ¿ längd 100 cm, avstånd mellan plattorna 2,60 cm. Plattorna är V växelvis anslutna till en positiv och en negativ potenïial av 10 kV.

I denna zon är strömningshastigheten för den de laddade dammpartiklarna medförande gasströmmen 2,8 m/s och passagetiden mellan plattorna är cirka 0,35 s, vilket ger en tillnärmelsevis total utfällning av partiklarna.

Den i Pig. M visade utföringsformen av en gasreningsanord- ning innefattar en kanal eller ett hölje ll0, som avgränsad medelst väggar lll, 112, ll3 liknande väggarna ll, 12, 13 vid utförings- formen enligt Pig. 1. Denna kanal innhåller mellan sitt inlopp _, 10 15 20 25 30 35 11% och sitt utlopp 116 vilken är utsatt för en laddningszon 117, i vertikala rader 123 o Injektorerna 121 är av visade injektorerna. andra filter 119, som b som utsättes för en lån utrymmet mellan två hål 126 av metall som är vi och som är anslutna til en likspänningskälla el en växelspänningskälla, strömmen från rymdladdn laddade filterkornen.

Den gas som skal en pil 152 markerade riktningen. Den renade gasen 116 i den med en pil 15 skiljer sig från den i har en mindre volym.

De båda ovan av gaser, som inhâller mycket isolerande föroreningspartiklar, för vilka Den i Pig. 5 och skall renas vid ett try exempelvis gaser av det dåligt kol eller avfall som matas under tryck.

Denna gasrenare ment med en i huvudsak är utformad att minimer och utloppet. Gaserna k bädd, som matas med förvärmd förbränningsluft, Gaserna som rena till en tank eller behâ isolerande skikt 203 och som har en form med övre och nedre det värmeisolerande skiktet 203 och en metallvägg 211 finnes en i vilken en serie injektorer 121 anordnade Efter rymdladdningszonen ll? finnes ett beskrivna gasrenarna kan användas för rening gaser kända apparaterärineffektiva. 11 447 797 en första granulär filterbädd 115, långsam rörelse nedâtg ooh_en rymd~ ch 12% i väggarna 111 och 112 mynnar. liknande utförande som de i Pig. l~3 estâr av en vertikal granulär bädd gsam nedâtriktad rörelse och som fyller försedda plattor eller galler 125 och nkelräta relativt väggarna lll och 112 1 den positiva resp negativa polen hos ler alternativt till de båda polerna hos så att de laddade partiklarna i gas» ingszonen 117 utfälles på de genom influens l renas tíllföres inloppet 11% i den med lämnar utloppet 3 markerade riktningen. Denna gasrenare det föregående beskrivna genom att den 6 visade gasrenaren mottager den gas som ck av 12 bar och en temperatur av QDOOC, slag som erhålles från förbränning av sbränsle i en eldstad med fluidiserad bädd för heta gaser innefattar filtreringsele- cylindrísk form och gasernas cirkulation a gasernas värmeförlust mellan inloppet ommer från en eldstad med fluidiserad s ledes in under tryck via ett rör 201 llare 202, som innehåller ett inre värme- halvsfäriska gavlar 205 resp 206. Mellan ; i huvudsak vertikal cylindrisk ; lea-oas 1110012 ovana-g | .av frisk luft, innan denna släppes in 10 15 20 25 30 35 .QPR-anv f v 11' '- ,._ v 12 447 797 serie ventilationskanaler 208, som är avsedda att genomströmmas i eldstaden såsom för» bränningsluft, varigenom förbränningsluften förvärmes. Inuti tanken eller behållaren finnes vidare en granulär filterbädd 207, som har väsentligen samma form som tanken 202 och är anord- nad konoentriskt inuti denna. Detta filter innefattar en yttre vägg 212 och en inre vägg 21%, mellan vilka ett utrymme finnes, som är fyllt med små kulor av alumíniumoxid (diameter 2 mm) som bildar en granulär bädd 210. Väggen 212 är vid sin övre del för« sedd med en öppning, som är ansluten till ett rör 216, som sträcker sig genom den övre gaveln 205 av trycktanken 202, så att det kan tjäna som ett inlopp för granulatet 218, som cirkulerar genom utrymmet 210 i den med en pil 220 markerade riktningen.

Vid sin nedre ände är väggen 212 på liknande sätt försedd med ett utloppsrör 222, som sträcker sig genom tankens 202 nedre gavel 206, så att det kan tjäna som ett utloppsrör för granulerna i filterbädden ll0 i den med en pil 220 markerade riktningen.

Den granulatmassa som fyller utrymmet mellan väggarna 202 och 210 rör sig mycket långsamt, exempelvis med en hastighet av l m/h, från utrymmets övre ände till dess nedre ände. u Utrymmet mellan metallväggen 211, som skiljer luftför- värmningskanalerna 208 från tankens inre, och väggen 212 är upp» delat av en ringformad tvärvägg 225 vid tankens halva höjd i två kamrar, nämligen en nedre kammare 227 i vilket inloppet 201 för de heta gaserna mynnar, och en övre kammare 228 som är an- sluten till ett utlopp 230 för de renade gaserna.

Väggarna 202 och 21% innefattar ringformade silar, som är i stånd att hålla kvar aluminiumoxidkulorna i filterbädden 210 och som bildar två ringformade filterzoner, genom vilka gasen kan strömma. Den ena filterzonen 232 är belägen mellan kammaren 227 och kammaren 250, som omslutes av väggen 21%. Den andra filterzonen är belägen vid 234 mellan kammaren 250 och kammaren 228. Den heta gasen som strömmar in genom inloppet 201 utsättas således först för en mekanisk rening, då den passerar genom zonen 232 i den granulära filterbädden vid den nedre delen av tanken 202, och därefter för en andra rening, tillbaka genom den granulära filterbädden vid zonen 23% i då den strömmar i' iii? -~ ning mot utloppet 230. 10 15 20 25 30 35 13 447 797 Denna andra passage av'gasen genom filterbädden àtföljes av en elektrostatisk utfällning av föroreningspartiklarna. Två isolerande ringar 200 och 2H2 skiljer silzonen från den övriga delen av innerväggen 210 och på motsvarande sätt skiljer tvâ isolerande ringar 203 och 2NU silzonen från den övriga delen av den yttre väggen 212 hos filtret 207, Den från väggen 210 vid filterzonen 230 isolerade silen är ansluten till en positiv pol 320 hos en likspänníngskälla med hög spänning, medan den andra ringformade silen i väggen 212 är ansluten till den negativa polen 231 hos nämnda spänningskälla (ej visad), så att de i zonen 23k belägna aluminiumoxidkulorna laddas genom influens. Alterna- tivt är det möjligt att ansluta de båda ringformade silerna till de båda polerna hos en växelspänningskälla med hög spänning.

Den av innerväggen 214 avgränsade kammaren 250 bildar en rymdladdningszon, i vilken de fasta partiklar som slipper igenom filterzonen 232 bringas att röra sig genom en rymdladdning alstrad av joner, som avgives från två joninjektorer 252 och 254, vilka är anordnade att spruta in joner í kammaren med hjälp av aerosolpartiklar och som sträcker sig in i kammaren i centrum av kammarens 250 övre och nedre gavlar, så att två laddningsflö- den ledes in i kammaren i motsatta riktningar utmed kammarens vertikala axel.

De finaste dammpartiklarna, som sluppit igenom filterzonen 232, laddas i kammaren 250 och filtreras bort och fälles ut elektrostatiskt i zonen 234 av den granulära filterbädden.

Granulerna i denna zon förnyar sig själva kontinuerligt från röret 220 och användes på nytt, sedan de lämnat zonen 230, i den rent mekaniska filterzonen 232.

Den renade gas som lämnar det elektrostatíska filtrets utlopp 230 ledes till ínloppet av en gasturbin eller eventuellt en kolvmaskin, sedan den underkastats ett kemiskt fíltreringssteg för avlägsnande av alkaliföreningar eller vanadin.

I det just beskrivna exemplet är avståndet mellan injek~ torerna 252 och 250 cirka l m och den cylindriska kammarens 250 diameter 0,H m. Gasen som tillföras för rening har ett tryck av 12 bar och en temperatur av 90000. Överljudsinjektorerna 252 och 25% matas med fuktig luft under tryck. Injektorernas metallíska 'I 'JN ~ e milj jrn l»- *L-l-bii ' f. 447 797 11+ strålrör är anslutna till jord och har en diameter av l mm.

Den isolerade metalliska nålen, exempelvis 05 i Pig. 3, är ansluten till en elektrisk potenfialkälla av 20«25 kV. Den medelst varje injektor injicerade elektriska strömmen är av 5 storleksordningen 250;JA för ett luftflöde i ledningen 29 av lâ m3/h, mätt vid normalt tryck och normal temperatur, för alstring av ett tryck av 27 bar.

Gasflödet som skall renas är 3600 m3/h mätt vid normal temperatur och normalt tryck, vilket motsvarar en effekttill» 10 försel av storleksordningen en megawatt vid inloppet av en generator såsom exempelvis en gasturbin, och har en partikel~ halt av l00 g/m3, Det första reningssteget som innefattar en ej visad cyklon och därefter passagen genom den granulära filter» bäddens zon 232 ger en rening av 93%, så att 7 g/m3 partiklar ' 15 återstår att avlägsna i det andra reningssteget, Hed den beskriva na geometrin är det i kammaren 250 alstrade elektriska fältet cirka 500 kV/m med en minsta jontäthet av storleksordningen 101* per m3, vilket utgör en rymdladdning tillräcklig för att partik~ lar med en medeldiameter av âfäm som passerar genom den aktuella 20 volymen på 0,5 s skall erhålla cirka 300 elementarladdningarg vilket är tillräckligt för att partiklarna skall uppsamlas av de polariserade aluminiumoxidkulorna i det elektrostatiska filtret i zonen 230 av den granulära filterbädden. Under dessa betingelser är den ström som drives av de laddade partiklarna 25 mot den elektrostatiska filterzonen 234 cirka 12/AA. Denna ström är svag jämfört med den totala ström som injiceras av injektorerw na. Den största delen av denna ström elimineras således av metall» väggen 21%, som är jordad.

Såsom tidigare nämnts, utgöres de laddade partiklar som 30 införes i rymdladdningszonen 250 medelst injektorerna 252 och 254 av positiva joner. Värdet av den rymdladdning som alstras genom denna överföring av positiva joner, är mycket mindre än värdet av rymdladdningen i koronaurladdningen inuti infiektorerna själva. För att det skall undvikas, att lokala ökningar av det 35 elektriska fältet inuti zonen 250 ger upphov till lokala oavsikt« liga urladdningar i några delar av denna zon, är vidare insidan av metallväggen 21% polerad. Därigenom elimineras de små spetsar eller ojämnheter på denna yta som skulle kunna ge upphov till .,, '_ _ _ g, ~ ' .. , -~ . “l- . v fi , ; _. ' xšwflkaå '- . -4- ~f f,_~»__ 10 15 20 25 30 35 is 447 797 a urladdningar som alstrar elektroner, som med hänsyn till gasernas höga temperatur skulle kunna kraftigt reducera mängden laddningar som förmedlas till föroreningspartiklarnaochsom därigenom skulle ha en negativ inverkan på verkningsgraden för den elektrostatiska utfållningen.

Då mycket heta gaser skall behandlas, exempelvis med en temperatur av 90000 såsom i det föregående exemplet, kan man med fördel använda en injiceringsanordning som är något modifierad relativt den i Pig. 3 visade för injektorerna 252 och 254. Det kan inträffa, i synnerhet vid mycket höga gastemperaturer, att förgasníngen av de laddningsbärande mikropartiklarna vid utloppet från injektorerna inträffar mycket snabbt och följaktligen i omedelbar närhet av injektorerna. De på detta sätt frigjorda jonerna återvänder därvid till injektorerna och uppfångas av dessa, vilket i motsvarande grad reducerar den tillgängliga rymd- laddningen för laddningen av de föroreningspartiklar som medföres av gasströmmen.

Två typer av arrangemang föreslås för elimínering eller begränsning av denna effekt. Enligt det första arrangemanget bibringas injektorn en positiv potential relativt metallväggarna nos det utrymme, i vilket den förorenade gasen strömmar, så att en elektrisk fältfördelníng alstras, som håller de alstrade jonerna borta från injektorns metallmassa.

Enligt det andra arrangemanget, vilket om så önskas kan användas i kombination med det första arrangemanget, kyles den av injektorn avgivna strömmen av laddade mikropartiklar. Denna nedkylning kan åstadkommas, genom att en ström av kall gas, exempelvis luft, hlåses runt flödet av ingícerade mikropartiklar.

På detta sätt fördröjes värmeöverföringen mellan höljet och de laddade míkropartiklarna, så att förgasníngen av de senare med åtföljande frigörning av laddningarna sker endast inom ett område av höljet, som är beläget tillräckligt långt bort från injektorn, för att laddningarna skall hindras från att åter infängas av ' ínjektorn.

Den i Pig. 7 visade injektorn 310 innefattar ett injektor- rör 312, som omsluter en kammare 31%, genom vilken en fuktig tryckluftström kan strömma i den med en pil 316 markerade rikt- ningen mot en öppning vid ena änden 3l8 av röret 312, som har en FÜOR etfmrr 10 20 25 30 35 447 W? 16 ínnerfirofil som bildar ett stnâlrör. Koaxiellt inuti röret 312 är en elektrisk ledande nål 320 monterad, vars spets 322 än belägen i närheten av strålrörets strypställe 324. äålen 320 och röret 312 är anslutna till en högspänningskälla 323. Röret 3l2 hållas vidare på en relativt hög positiv potential, exezgel~ vis 20 kV, relativt fiord med hjälp av en spänningskälla 330.

Injektorröret 312 än monterat koaxiellt inuti ett metallrör 332; vars vägg konvergerar mot en öppning 336 vid rörets ena ände 33%, som är belägen något nedströms änden 318 på röret 312 såsom sett i gasströmningens riktning inuti kammaren 31%. Röret 332 är monterat i en öppning i en metallvägg SHB till ett utrymme eller hölje 342 hos en elektrostatisk gasrenare för heta gaser; exempelvis av det i Eigø S visade slaget. Väggen 3%G är ansluten till jord. Röret 332 hålles på en poten ialfl som kan vara den» samma som eller skild.frånpotentialen nos röret 3123 med hjälp aw en spänningskälla 331, Röret är monterat i väggen SBÜ med hjälp av en isolerande genomföring 333" Inuti höljet eller utrymmet 3%? omgíves röret 332 av en rörspiral 3%%s genom vilken en icke ledande kylande fluid kan strömma. De rör som matar kylfluid till kylröret SHR är tillves» kade av ett díelektrískt material, som kan stå emot spännings» källans 331 höga positiva spänning. Ej visade anordningar är anordnade för cirkuleríng av en luftström i riktning mot utrymmeï 3#2 i den med en pil 346 markerade riktningen genom det ringfoï» made utrymmet mellan rören 312 och 332.

Vid drift av anordningen ínjíceras ett flöde 35ü av laddade mikropartiklar in i höljet 3H2, varvid detta pantikele flöde omgives av en kall, väsentligen rörformad luftströmg som strömmar ut från rörets 332 öppning 336, vilken rörformade luftw ström fördröjer uppvärmningen av de laddade mikropartiklarna och därmed deras förgasning, tills de kommit bort från injektovrönet 312. Injektorröret är vidare bibringat en hög potential relativt väggen SHB, vilket ger en potentialfördelning inuti utrymmet eller höljet 342, som strävar ett dra bort de genom mikropastíkm larnas förgasning frigjorda jonerna från injektorröret 312.

Det förhållandet att den genom rörets 332 mynning Såå utblâsta kalla luften eller annan kall gas kyler ned de basen som skall renas, är ej någon nackdel í det fall att de renade lf f 1 nå: 10 lä 20 30 35 11 447 797 i gaserna skall ledas till'en drivmotor, såsom exempelvis en gasturbin, från en eldstad för förbränning av dåligt bränsle.

I själva verket är de gastenoeraturer som kan erhållas vid utloppet från sådana eldstäder mycket lägre än den maximi- temperatur av cirka 90000 som en gasturbin kan klara av vid sitt inlopp med dagens teknik. Det är därför tillräckligt att avpassa temperaturen hos de från eldstaden utstrëmmande gaserna som en funktion av strömningshastigheten för injektorernas kyl~ gas, så att man efter blandningen erhåller den önskade gastempe- raturen vid turbinens inlopp.

Den i Pig. 7 illustrerade utföringsförmen kan varieras på flera olika sätt. Sålunda visar Pig. 8 en konstruktion, vid vilken injektorröret 312 är monterat direkt i utrymmets 342 vägg 3U0 med hjälp av en isolerande genomföring HUD. Pâ samma sätt som i Pig. 7 bibringas röret 312 en hög positiv potential rela- tivt väggen 3H0, som är jordad. Vid denna variant blâses ingen kall luft runt strömmen av laddade mikropartiklar.

Vid arranagemanget enligt Pig. 9 är injektoröret 312 monterat på samma sätt som i Pig. 8 men omgives på sin utsida inuti höljet 342 av en kylrörsspiral H02, genom vilken en kylande fluid strömmar.

Den kylande fluiden kan vara dielektrisk, såsom exempelvis olja. Tillförseln av olja till kylspiralen R02 sker medelst di- elektriska rörledningar, som har en tillräcklig längd med hänsyn till den till injektorröret 312 anslutna höga spänningen. Man kan också ersätta oljan med avjoniserat vatten enligt känd teknik.

Vid det i Pig. 10 visade arrangemanget är injektorröret 312 anslutet till en spänningskälla H09. Injektorröret 312 om- gives av ett rör 332 för inblåsning av frisk luft i höljet 3h2 runt omkring det injícerade flödet av laddade mikropartiklar.

Röret 332 sträcker sig genom väggen 3M0 med hjälp av en isoleran- de genomföring RGB. Det hållas på en hög positiv potential med hjälp av en likspänningskälla H08.

Vid den i Pig. ll visade utföringsformen är en injektor ül2, exempelvis av det i Pig. 7 visade slaget, anordnad på änden av ett höjt rör H10 inuti ett utrymme H42, som genomströmmas av en het, förorenad gas med en hastighet av 3 mls i den med en pil kul markerade riktningen. Röret N10 sträcker sig genom utrymmets i Qumtg 447 797 18 vägg HUD dch matar fuktig luff til] injektorn H12, röret 332 i ínjektorn med kylluft och kylspiralen i injektorn med kyl« vatten. Injektorn 412 är så orienterad, att den runt strömmen av laddade míkropartiklar låsta kalluftströmmen har samma 5 riktning och orientering som den gas som skall renas, Kylluft~ strömmens hastighet väljes lämpligen till att vara åtminstone lika stor som den förorenade gasens strömningshastighet, dvs. i det angivna exemplet 3 m/s.

Rörets 332 mynningsdíameter är cirka R cm. Kylgasströmmens 10 flöde är cirka 2% av flödet av den heta förorenade gasen, vars temperatur något överstiger 90000. Injektorns verkníngszon är därvid belägen på en radie av cirka 15 cm från injektovna el? _ mynning. m, ...mfiq -4 _

Claims (19)

447 797 Patentkrav

1. Förfarande för separering av svävande partiklar från en gas, varvid gasen genomströmmar ett utrymme och elektriskt laddade andra partiklar alstas i en fuktig strömning i en från nämnda utrymme skild kammare, varjämte nämnda elektriskt laddade andra partiklar injiceras i nämnda utrymme och ändrar sitt tillstånd vid överföring av sin laddning på de i gasen svävande partiklarna, varefter de sistnämnda avskiljes från gasen genom elektrostatisk utfällning, k ä n n e t e c k n a t av att uppladdningen i nämnda andra kammare sker medelst koronaurladdning och mikrokristaller av is alstras i denna kammare genom överljudsexpansion, varvid dessa iskristaller fångar in jonerna i urladdningszonen, och att mikrøiskristalhæfim ínjiceras i nämnda utrymme och i detta alstrar en rymdladdning i gasströmningens väg genom förångning eller sublimering.

2. Pörfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att koronaurladdningen sker i en luftström, vars fuktighetshalt överstiger 10 % mätt vid normalt tryck och normal temperatur.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att rymdladdningens storlek är inställbar i beroende av parametrarna för alstringen av koronaurladdningen. H.

4. Förfarande enligt något av kraven l - 3, k ä n n e - t e c k n a t av att den utrymmet genomströmmande gasströmmen består av varma gaser och att infångade positiva joner bildar en positiv rymdladdning.

5. Pörfarande enligt något av kraven l - 3, k ä n n e - t e c k n a t av att gasströmmen består av luft bemängd med glutenpartiklar och att infångade negativa joner bildar en negativ rymdladdning i luftströmmen.

6. Anordning för elektrostatisk separering av svävande par- tiklar i en gas, innefattande ett utrymme (10) anordnat att genomströmmas av gasen, organ innefattande en med koronaurladd- ning arbetande jongenerator för elektrisk uppladdning av par- tiklar, och organ (19, 20) för elektrostatisk utfällning av laddade partiklar längs gasströmmens väg, varvid jongeneratorn_ (21) är anordnad i en separat kammare (32), som står i förbin~ U-'íïÄ-ànt lf i l_ i I «;d 447 797 delse med nämnda utrymme (10) genom en öppning (25), k ä n n e - t e c k n a d av att för tillförsel av laddade partiklar till nämnda utrymme (10) med en gasström genom nämnda öppning (25) är organ för alstring av en överljudsexpansion av en fuktig gas och organ (34, 35, 45) för alstring av en koronaurladdning i gasens överljudsexpansionszon anordnade i nämnda kammare, varvid de därvid bildade laddade ismikrokristallerna är injicer- bara genom nämnda öppning (25) till nämnda utrymme (10) för uppladdning av partiklarna i gasströmmen.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att för avlägsnande av antändbara partiklar från luften i en sädes- silo innefattar nämnda organ för alstring av koronaurladdningen en central elektrod (45) anordnad att bibringas en negativ potential relativt en andra elektrod (34) för alstring av en koronaurladdning mellan de båda elektroderna.

8. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att för avlägsnande av stoftpartiklar från varma förbränningsgaser innefattar nämnda organ för alstring av koronaurladdningen en första central elektrod (45) anordnad att bibringas en positiv potential relativt en andra elektrod (34) för alstring av en koronaurladdning mellan de båda elektroderna.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att insidan av den nämnda utrymme (250) omslutande väggen (214) är polerad vid stället för nämnda rymdladdning.

10. Anordning enligt något av kraven 6 - 9, k ä n n e t e c km n a d av att nämnda organ för alstring av mikroiskristaller innefattar ett elektriskt ledande, av en elektrod (34, 312) bildat överljudsstrålrör, vars mynning bildar åtminstone en del av nämnda öppning (25), och organ (29) för tillförsel av fuktig tryckluft till nämnda kammare (32, 314) för överljuds- expansion i nämnda strålrör, varjämte nämnda organ för alstring av koronaurladdningen innefattar en spetsig elektrod (45, 326), som sträcker sig in i strâlrörets (34) strypställe (35, 324), varjämte elektroderna är anslutna till en hög likspänning.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 8 - l0, vid vilken k ä n n e t e c k - n a d av att den innefattar organ för begränsning av infång- nämnda öppning är anordnad i en injektor, 447 797 ningen av joner, vilka organ är införbara i nämnda utrymme (BHZ) i omedelbar närhet av den eventuellt även den andra elektroden bildande injektorn (injektorrör 312).

12. Anordning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ytterligare organ (330, 331, H08, 409) för begränsning av infângningen av joner, medelst vilka organ ett elektriskt fält för bortstötning av de i utrymmet (3H2) in- ledda jonerna kan alstras i närheten av injektorn (312).

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar organ (330, 331, 409) för höjning av poten- tialskillnaden mellan injektorn (312) och utrymmets (342) vägg (340). lä.

14. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar organ för tillförsel av en icke ledande kylfluid till injektorn (310).

15. Anordning enligt något av kraven ll fl lä, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda organ för begränsning av infång- ningen av joner innefattar organ (3H4) för fördröjning av mikroiskristallernas tillstândsförändring.,

16. Anordning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fördröjningsorgan innefattar organ (332) för blås- ning av en ström av kall gas runt det i nämnda utrymme (343) injicerade flödet av mikroiskristaller.

17. Anordning enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för blåsning av nämnda kalla gasström inne- fattar ett rör (332) anordnat runt injektorn (310) och sträckande sig in i nämnda utrymme (342).

18. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda rör (332) är försett med kylorgan (SHH).

19. Anordning enligt krav 17 eller 18, k ä n n e t e c k n a-d av att nämnda rör (332) är fört elektriskt isolerat genom ut- rymmets (3#2) vägg (340) och är anslutet till en spänningskälla (H08). POQR 93mm