SE528750C2 - Förfarande och anordning för separering av partiklar ur ett gasflöde - Google Patents

Description

G1 PJ CO \É| (ft 3 nare, där man genom en kombination av elektrostatiska krafter och centrifugalkrafter kan avskilja de fina partiklarna ur gasen. Exempelvis beskriver GB 729 612, US 2 853 151 och US 4 718 923 olika typer av sådana elektrostatiska separatorer, där man laddar upp partiklarna i gasflödet och samtidigt utsätter gasflödet för en cyklonverkan för att med centrifugalkrafternas hjälp utseparera små och stora partiklar. Dessa sepa- ratorer har emellertid begränsade sedimenteringsytor för partiklarna, som skall avskil- jas, och har för många applikationer otillräcklig separation/rening.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att föreslå ett forfarande som förbätt- rar effektiviteten och kapaciteten vid separering av såväl större och tyngre partiklar som mycket små och lättare sådana. Detta uppnås genom att kombinera effektiv centri- fugalseparering, som har korta sedimenteringssträckor, med samtidigt verkande elek- trostatiska krafter. För detta ändamål utmärker sig förfarandet enligt uppfinningen av följande steg: att partiklarna i gasflödet uppladdas i ett joniseringssteg; att gasflödet med de uppladdade partiklarna bringas att strömma radiellt genom ett flertal spalter mellan skivforrniga sedimenteringsytelement hos en roterande rotor till en centrifugal- separator, där en gentemot partiklamas potential motsatt elektrisk potential är pålagd över åtminstone ett elektriskt ledande ytskikt hos sedimenteringsytelementen; att par- tiklama vid sin passage genom spaltema bringas att avsättas på en inåtvänd sida av se- dimenteringsytelementen medelst en kombinerad verkan av centrifugalkraft och elek- trostatisk attraktionskraft; att de på sedimenteringsytelementen avsatta partiklarna av centrifugalkraften bringas att strömma ut mot periferin av sedimenteringsytelementen och där slungas mot en insida av ett omgivande, stationärt hus, och att de på husets in- sida uppfångade partiklarna och den från partiklarna befriade gasen ledes ut ur huset genom separata utlopp i huset. 528 750 3 Enligt uppfinningen föreslås även anordningar för genomförande av detta förfarande vid såväl medströms- som motströmsseparering, enligt de självständiga patentkraven 3 och 4.

Ytterligare detalj er och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av efterföljande patentkrav och detaljbeskrivning under hänvisning till bifogade ritning.

Kort beskrivning av ritningen Fig. 1 visar schematiskt i sidovy den principiella uppbyggnaden av en elektrostatisk centrifugalseparator enligt föreliggande uppfinning.

Detaljbeskrivning av firedragen utföringsform av uppfinningen På ritningsfiguren betecknas generellt med 10 en centrifugalseparator enligt uppfin- ningen, vilken arbetar med separering av i ett gasflöde befintliga, elektrostatiskt upp- laddade fasta och/eller flytande partiklar. Separatorn 10 innefattar ett stationärt hus 12, i vilket är roterbart lagrad en rotor 14 med ett flertal därpå monterade sedimenterings- ytelement i form av en koncentrisk stapel av koniska insatsskivor 16, vars konstruktiva uppbyggnad skall beskrivas mer i detalj nedan. Huset 12 har ett tillopp 18 för den gas som skall renas. Tilloppet 18 mynnar koncentriskt i ett centralt inloppsschakt 20 i ro- torn 14. Huset 12 har vidare ett utlopp 22 för gasen, som renats i centrifugalseparatorn 10, samt ett utlopp 24 för de partiklar som separerats från gasen.

Rotorn 14 har ett undre ändstycke 26 på vilket de koniska insatsskivorna 16 är staplade och åtskilda ett litet axiellt avstånd medelst icke visade distanselement. På ritningsfigu- ren visas för tydlighets skull enbart fyra skivor 16, vilka är visade överdrivet tjocka och på för stort inbördes avstånd. Rotom 14 drivs av en drivenhet, här exemplifierad av en elektrisk motor 28 via en axel 30.

De koniska insatsskivorna 16 är företrädesvis uppbyggda av tre skikt, nämligen ett ut- åtvänt elektriskt ledande ytskikt 32, ett inre, isolerande mellanskikt 34 av ett elektriskt icke-ledande material, samt ett inåtvänt elektriskt ledande ytskikt 36. Åtminstone de inåtvända ytskikten 36 är elektriskt anslutna till en elektrisk spänningskälla 38 via schematiskt visade, separata elledningar 40. Spänningskällan 38 kan innefatta en elekt- risk generator, som vid motors 28 och rotorns 14 rotation alstrar en lämplig högspän- ning for pâläggning på de inåtvända ytskikten 36 hos skivelementen, medan de utåt- vända ytskikten 32 kan vara anslutna via ledningar 42 till jord eller ha en potential av samma slag som partiklarna. Alternativt kan den utåtvända sidan (32) av skivorna 16 vara helt fri från ett elektriskt ledande skikt. Uppströms de koniska insatsskivoma 16, antingen någonstans i tilloppet 18 eller, såsom visas i figuren, inne i det centrala in- loppsschaktet 20 i rotorn 14, är anordnad en joniseringsenhet 44 for att tilldela partik- lama i gasflödet en laddning, innan de ledes in mellan de koniska insatsskivorna 16.

Joniseringsenheten 44 kan exempelvis innefatta olika arrangemang av coronatrådar 46 eller motsvarande, vilka kan vara fast anordnade i tilloppet 18 eller i inloppsschaktet 20, eller vara integrerade med en icke visad elektronikenhet i spänningskällan 38 eller med en helt separat elektronikenhet (icke visad). J oniseringsenheten 44 kan även vara anordnad att rotera tillsammans med rotorn 14. Partiklarna i gasflödet kan härvid till- delas en positiv potential, innan de tillsammans med gasflödet införes i spalterna 48 mellan insatsskivorna 16. Coronatrådama 46 arbetar med en spänning av i storleksord- ningen 10 kV. Potentialen över de motstående ytskikten 32, 36 i spalterna mellan varje par av koniska insatsskivor 16 kan då exempelvis uppgå till nâgra kilovolt. Det skall beaktas, att insatsskivoma 16 även kan vara utformade som krökta, längs rotoraxeln axiellt fórlöpande skivelement (ej visat) av samma elektriskt uppbyggda konstruktion som beskrivits ovan.

Centrifugalseparatorn 10 enligt uppfinningen fungerar principiellt på följande sätt: Ett gasflöde innehållande såväl små, lätta som större och tyngre partiklar, som skall se- pareras från gasen, ledes, via tilloppet 18, in i det centrala inloppsschaktet 20 hos sepa- 528 750 ratorns rotor 14. På sin väg in i schaktet 20, uppströms detta, eller, såsom visas i figu- ren, i själva inloppsschaktet 20 laddas partiklarna i gasflödet genom en jonisering av partiklarna med hjälp av j oniseringsenhetens 44 coronatrådar 46. Vid gasflödets passa- ge genom spalterna 48 mellan insatsskivorna 16 kommer små, lätta och därmed svår- separerbara partiklar på grund av sin laddningspotential att snabbt sedimentera mot och uppfångas på de ytskikt 36 på insatsskivorna 16, som har en motsatt laddningspotenti- al,. I den nu beskrivna utföringsfonnen handlar det om medströmsseparering, där gas- flödet strömmar inifrån rotorn och utåt, varvid partiklama vid sin passage genom spal- terna 48 genom en kombinerad verkan av centrifugalkrafter och elektrostatiska krafter ansamlas på de inåtvända ytorna 36 hos insatsskivorna 16 och därefter glider ut mot ytterperiferin av dessa och sedan slungas mot insidan av den omgivande husväggen 50, varefter de därpå uppfångade partiklarna kan bringas att utströmma ur huset 12 via par- tikelutloppet 24 i bottnen av detta. Den från partiklar renade gasen utströmmar ur huset 12 via gasutloppet 22.

Genom den enligt uppfinningen föreslagna separeringsmetoden och anordningen är det således möjligt att i en och samma centrifugalseparator separera ut såväl större och tyngre som även ytterst små och lätta partiklar ur ett gasflöde, nämligen sådana små partiklar som annars skulle passera rakt igenom spalterna 48 mellan insatsskivoma 16 och sedan medfölja gasströmmen ut genom gasutloppet 22. En extrem renhet hos den utströmmande gasen kan således uppnås. Vidare förmår anordningen hantera stora par- tikelmängder.

Det skall understrykas, att uppfinningen även är praktiserbar vid gasrening i ett på rit- ningen icke visat motströmsförfarande. Härvid strömmar gasflödet i motsatt ström- ningsriktning, d v s från det på ritningsfiguren visade utloppet 22 i huset 12 (nu in- lopp), in i spalterna 48 mellan insatsskivoma 16, radiellt in mot det centrala schaktet 20 i rotorn 14 och därefter ut genom det på ritningen visade tilloppet 18, som då bildar utlopp för den renade gasen. En jonisering och laddning av gaspartiklarna i gasflödet genomfóres lämpligen direkt innan det inledes i huset 12 via inloppet (22). Vid gasens 528 750 passage genom spalterna 48 uppfângas partiklarna på de inåtvända, uppladdade ytorna 36 genom den kombinerade Verkan av centrifiigalkrafter och elektrostatiska krafter och bildar ett agglomerat eller ansamlingar som av centrifugalkrafternas hjälp flyter ut mot periferin av skivorna 16 och slungas mot insidan av husväggen 50, varefter de utsepa- rerade partiklarna bringas att utströmma genom partikelutloppet 24.

Det skall vidare noteras, att förfarandet och anordningen enligt uppfinningen även kan möjliggöra en klassering av olika fragment av partikelmaterial som finns i ett gasflöde.

Genom att, i beroende av de specifika vikterna hos partiklarna, som skall separeras, och gasens strömningshastighet genom separatorn, på lämpligt sätt reglera de motsatta laddningspotentialerna hos partiklarna och på de inåtvända ytoma 36 hos de koniska skivelementen 16 samt varvtalet hos rotorn 14 kan man exempelvis styra separeringen på sådant sätt, att enbart fraktioner av en viss maximal densitet utsepareras, medan andra, av mindre densitet enligt önskemål tillåts medfölja gasen ut ur huset 12.

Claims (8)

Patentkrav

1. Förfarande för separering av partiklar ur ett gasflöde, kännetecknat av a) b) d) att partiklarna i gasflödet laddas i ett joniseringssteg; att gasflödet med de laddade partiklarna bringas att strömma radiellt genom ett flertal spalter (48) mellan skivforini ga sedirnenteringsytelement (16) hos en roterande rotor (14) till en centrifiigalseparator (10), där en gentemot partiklarnas potential motsatt elektrisk potential är pålagd över åtminstone ett elektriskt ledande ytskikt (32, 36) hos sedimenteringsytelementen (16), att partiklama vid sin passage genom spaltema (48) bringas att avsättas på en inåtvänd sida (3 6) av sedimenteringsytelementen medelst en kombinerad verkan av centrifugalkraft och elektrostatisk attraktionskraft; att de på sedimenteringsytelementen avsatta partiklama av centrifugalkraften bríngas att strömma ut mot periferin av sedimenteringsytelementen och där slungas mot insidan av ett omgivande, stationärt hus (l2); och att de på husets insida uppfångade partiklama och den från partiklar befriade gasen ledes ut ur huset (12) genom separata utlopp (24, 22) i huset.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att de för laddningen av partiklama och av rotoms ytskikt (32, 36) nödvändiga spänningama alstras av en tillsammans med centrifugalseparatoms rotor (14) roterande generator/elektronikenhet (3 8).

3. Anordning för medströmsseparering av partiklar ur ett gasflöde, innefattande en enhet för att i en joniseringsfas ladda partiklarna i gasflödet, samt en sedimenteringsenhet, innefattande elektriskt ledande ytelement, på vilka de j oniserade partiklarna hos gasflödet kan avsättas vid passage förbi ytelementen, kännetecknad av att enheten för sedimentering av de elektriskt laddade partiklarna innefattar: en rotor (14) till en centrifugalseparator, vilken rotor uppbär ett flertal intilliggande ytelement (16) med mellanliggande gasströmningsspalter (48) och är roterbart lagrad i ett omgivande stationärt hus (12), vilka ytelement begränsar ett till ett tillopp ( 18) för orenad gas anslutet centralt inloppsschakt (20) i rotorn, som kommunicerar med strömningsspalterna (48) mellan ytelementen (16) och med ett rotorn (14) omgivande utrymme i huset (12), och vilka ytelement (16) är försedda med åtminstone ett elektriskt ledande ytskíkt (32, 36); samt en elektronikenhet (3 8) fór påläggning av en sådan elektrisk potential på de elektriskt ledande skikten (32, 36) hos ytelementen, att de i laddningsenheten (44) joniserade partiklarna vid gasflödets passage genom spalterna (48) uppfångas på en inåtvänd sida (3 6) av ytelementen genom en kombinerad verkan av centrifugalkraft och elektrostatisk attraktionskraft, varvid på en insida av det omgivande huset (12) ansamlade partiklar är avledbara ur huset via ett partikelutlopp (24), medan den från partiklarna befriade gasen kan utströmma ur huset via ett gasutlopp (24). .

4. Anordning för motströmsseparering av partiklar ur ett gasflöde, innefattande en enhet fór att genom jonisering ladda partiklarna i gasflödet, samt en sedimenteringsenhet, innefattande elektriskt ledande ytelement, på vilka de joniserade partiklarna hos gasflödet kan avsättas vid passage förbi ytelementen, kännetecknad av att enheten for sedimentering av de elektriskt uppladdade partiklarna innefattar: en rotor (14) till en centrifugalseparator (10), vilken rotor uppbär ett flertal intilliggande ytelement (16) med mellanliggande gasströmningsspalter (48) och är roterbart lagrad i ett omgivande, stationärt hus (12), vilket har ett inlopp (22) för det gasflöde, som skall renas, varvid rotorn (14) har ett centralt axiellt schakt (20), som kommunicerar med gasströmningsspalterna (48) och med ett gasutlopp (18) i huset fór renad gas, vilka ytelement (16) är försedda med åtminstone ett elektriskt ledande ytskikt (32, 36); samt (51 FJ 00 *<1 LV! CJ en elektronikenhet (3 8) för påläggning av en sådan elektrisk potential över de elektriskt ledande skikten (32, 36) hos ytelementen, att de i en uppströms rotom belägen laddningsenhet joniserade partiklarna vid gasflödets passage genom spalterna (48) uppfångas på en inåtvänd sida (3 6) av ytelementen (16) genom en kombinerad verkan av centrifugalkraft och elektrostatisk attraktionskraft, varvid på en insida av det omgivande huset (12) ansamlade partiklar är avledbara ur huset via ett partikelutlopp (24), medan den från partiklarna befriade gasen kan utströmrna ur huset via gasutloppet (18).

5. Anordning enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av att elektronikenheten (3 8) innefattar en tillsammans med rotom (14) roterbar generator.

6. Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att uppladdningsenheten (44) innefattar en eller flera i rotorschaktet (20) anordnade koronatrådar.

7. Anordning enligt något av kraven 3-6, kännetecknad av att ytelementen (16) har stympat konisk form.

8. Anordning enligt något av kraven 3-6, kännetecknad av att ytelementen har formen av i omkretsriktningen krökta axialskivelement.