SE535789C2 - Sätt att höja verkningsgraden i renare som använder centrifugalteknik - Google Patents

Abstract

Ett primärt ändamål med uppfinningen är att förbättra verkningsgraden hoscentrifugalrenare som avskiljer partiklar ur gaser med hjälp av centrifugalkrafter.Speciellt är uppfinning avsedd at förbättra avskiljning små partiklar. Denna ökadeverkningsgrad erhålles enligt uppfinningen genom att partiklarna innan de nårcentrifugalrenaren slås samman till större partiklar. Denna sammanslagning erhållesgenom att de i gasen ingående partiklama laddas upp med laddningar av olika polaritet.Uppladdningen sker med coronauppladdning. Partiklar med olika polaritet kommerdärefter av coulombkraftema att dras mot varandra och slås därvid samman till större och i centrifugalrenaren avskiljbara partiklar.

Description

25 30 535 789 höga spänningama i upptängande delen medför risk för elektriska överslag i elcktrostatrenaren. En elektrostatrenare måste därför ofta tagas ur drifi för rengöring.

Centrifugalrenare: Gaser kan också renas med centrifugalteknik. Där sätts gasen med partiklar i rotation och partiklama avskiljs med centrifirgalkrafter som verkar på partiklama. De två förhärskande typema av centrifugalrenare är cyklonen och centrifugen.

Cyklonen: Cyklonen är en enkel och billig renare som kan hantera stora partikelmängder och cyklonen kan kontinuerligt mata ut de avskilda partiklama. Cyklonen har dock den stora nackdelen att bara relativt stora partiklar kan avskiljas. Speciellt har cykloner avsedda för stora flöden en låg avskiljningsförmåga för små partiklar. Som exempel kan nämnas att en cyklon dimensionerad för ett flöde på 10 ms/h har svårt att avskilja partiklar mindre än 3 p (partikeldiameter, en p är en tusendels millimeter). En cyklon dimensionerad fór 1000 m3/h klarar inte partiklar mindre än ca 10 p.

Centrifugen: En effektiv gasrening erhålles om gasen och partiklama roterar i en centrifug. Gas och partiklar samroterar här med roterande separeringselement i centrifugen. Denna typ av centrifug kan avskilja mycket små partiklar. Men för att klara små partiklar måste centrifugen göras stor i förhållandet till flödet genom centrifugen. En praktisk gräns på partikelstorlekar som kan avskiljas är ca l p. I en centrifug kan de uppfángade partiklarna kontinuerligt matas ut ur centrifugen.

Centrifuger är speciellt lämpade att avskilja vätskepartiklar (vätskedroppar) ur en gas. De upptångade vätskedroppama bildar en vätska som kontinuerligt kan ledas ur centrifugen.

Vätskepartiklar i en gas kan beroende på processen som bildat partiklarna vara små och mindre än l p. Som tidigare nämnts har en praktisk användbar centrifug svårt att avskil ja partiklar med storlekar under l p.

Nedan ges exempel på några processer där små partiklar bildas. Så små att partiklama är svåra att avskil ja in cykloner eller centrifuger. Även ñlter fungerar dåligt. Vätskepartiklar som bildats genom kondensering blir små. Exempel är kök där ångor från upphettade oljor och fetter kondenseras till små droppar. Filter kan här användas, men ett ñlter sätter 10 l5 20 25 30 535 789 snabbt igen. Vanligen låter man dessa fettpartikelbemängda gaser gå ut genom ett filter med begränsad verkningsgrad och en större del av partiklama går vidare genom ett ventilationssystem till en skorsten. Fett kommer också att fastna och samlas i kanalema i ventilationssystemet. Fettet i filter och kanaler utgör då en stor brandrisk. Andra områden med små partiklar är härdning där heta föremål kyls med olja. Härdning ger problem med stora mängder små partiklar. Andra exempel med små partiklar är förbränningsmotorer som producerar stora mängder små partiklar i avgasema och i vevhusventilationen.

Partiklama i avgasema skapas i själva förbränningen. I vevhusventilationen skapas stora mängder små oljepartiklar av de höga temperaturema och den kraftiga agitationen i förbränningsmotoms smörjsystem.

Uppfinningen avser ett sätt att höja verkningsgraden i renare som använder centrifugalteknik. För att nyttan av uppfinningen klart ska framgå ges här en beskrivning av principema för centrifugalrening och partiklars sedimentationshasti ghet i ett G fält.

Vid centrifugalrening avskiljs partiklama ur en gas genom att gas och partiklar roterar och de på partiklama uppkomna centrifugalkrafiema får partiklarna att sedimentera ut ur gasen och hamna på en närbelägen fast vägg. För effektiv avskiljning av partiklar är det väsentligt att partiklama har en hög sedimentationshastighet i centrifugalfältet.

Sedimentationshastigheten U_, hos partikeln beror linjärt på centrifugalaccelerationen G och kvadratisk på partikeldiametem D enligt sambandet nedan.

U S w G - Dz Hastigheten beror också linjärt på densitetsskillnaden mellan gas och partikel och omvänt proportionellt mot gasens viskositet. Men dessa parametrar kan vanligen inte påverkas.

Ett sätt att utvidga cykloners och centrifugers applikationsområden är att enligt uppfinningen slå samman små partiklar till större partiklar innan dessa går in i en cyklon eller centrifug. Som samlingsnamn kommer cykloner och centrifuger i det följande kallas centrifugalrenare. De sammanslagna partiklama kan enkelt fångas i centrifugalrenare och dänned utnyttjas dessa renares stora fördel med att kunna hantera stora partikelmängder och kontinuerligt under drifi mata ut de uppfångade partiklama. 10 l5 20 25 30 535 789 Förfarande enligt uppfinningen Ett sätt att öka centrifugalrenares verkningsgrad är att slå samman små partiklar till större partiklar vilka lätt kan avskiljas i en centrifugalrenare. Denna sammanslagning av partiklar åstadkoms enlig uppfinningen genom att partiklama laddas upp med elektriska laddningar av olika polarítet. Partiklar med olika polaritet kommer genom elektrostatisk verkan, så kallad coulombverkan att dras mot varandra och bilda större partiklar som lätt kan avskiljas i en centrifugalrenare. En liten partikel kan slåss samman med en liten partikel och bilda en större och i centrifugalrenaren avskiljbar partikel. En liten partikel kan också slåss samman med en stor partikel och denna sammanslagna partikel avskiljs lätt i centrifugalrenaren. Vanligen innehåller den partikelbemängda gasen ett spektrum av partikelstorlekar och sammanslagning mellan alla storlekar av partiklar kommer att äga rum.

Partiklarna laddas genom att partiklama passerar ett coronatält där uppladning sker med coronauppladdning. Vid coronauppladdning av partiklar passerar gasströmmen med partiklar en tråd eller spets som har en hög elektrisk spänning. Spänningen som kan vara positiv eller negativ är i storleksordningen 10 till 50 kV (kilovolt). En positiv coronaspänning resulterar i positivt laddade partiklar, en negativ spänning resulterar i negativt laddade partiklar. Partiklarnai gasströmmen kan ges olika laddning (polaritet) med en coronaspänning som växlar polaritet med en viss frekvens och därmed skapar omväxlande positivt laddade och negativt laddade partiklar. Partiklama blandas därefter nedströms coronafältet varvid positivt laddade partiklar slås ihop med negativt laddade partiklar. Gasen med partiklar kan också delas upp i två strömmar där den ena strömmen passerar ett coronafált som ger en positiv laddning på partiklama och den andra strömmen passerar ett coronatält som ger en negativ laddning på partiklarna.

Gasströmmama blandas däreñer varvid en partikelsammanslagning sker.

I en altemativ form av uppfinningen kan avskiljning av små partiklar från en gasström som i huvudsak innehåller små partiklar väsentligt förbättras genom följande förfarande: Gasströmmen med små partiklar blandas med stora hjälppartiklar. Gasströmmen som nu innehåller en blandning av små och stora partiklar passerar ett uppladdningsteg där 10 15 20 25 535 789 partiklarna laddas upp med olika polaritet enligt tidigare beskrivna förfaranden. De stora partiklama får en hög laddningsgrad (mer om detta senare) och drar till sig små partiklar av motsatt polaritet. Ett ytterligare alternativ är att låta partiklama i gasströmmen med små partiklar laddas upp i ett uppladdningssteg. Gasströmmen med små laddade partiklar blandas med en gasström med innehållande stora uppladdade hjälppartiklar som har en motsatt laddning. Hjälppartiklama kommer från en källa där hjälppartiklama har en sådan storlek att hjälppartiklama med säkerhet kan avskiljas i en centrifugalrenare. Dessa stora hjälppartiklar kommer nu genom coulombverkan fånga upp de små partiklama. De stora partiklama är som tidigare nämnt så stora att de med god marginal avskiljs i oentrifugalrenaren varvid också de små partiklama avskiljs. För att klargöra bakgrunden till och fördelar med det ovan beskriva förfarandet med stora hjälppartiklar ges nedan en kort beskrivning av coulombverkan och möjlig uppladdningsgrad av partiklar.

Två partiklar med motsatt laddning dras mot varandra genom coulombverkan. Storleken på kraften mellan två partiklar beskrivs av F :Kill 12 Där q, är laddningen på en partikel och q, laddningen på den andra partikeln, I är avståndet mellan partiklama och K är en konstant. Som uttrycket ovan visar så beror coulombkrafien av produkten av partiklamas respektive laddning och omvänt proportionell mot avståndet mellan partiklama i kvadrat. För att få en effektiv sammanslagning av partiklama ska partiklarna ha så stor laddning som möjligt. Möjlig laddning av partiklama beror emellertid på partikelns storlek. En stor partikel kan laddas upp till en hög laddning genom att ett större antal elementarladdningar (elektronens laddning) kan bäras av en stor partikel jämfört med en liten partikel. Antalet elementarladdningar som kan bäras av en partikel beror på partikelns diameter i kvadrat.

En partikel med diametem 0,3 u kan laddas upp med ca 20 elementarladdningar. En partikel med diametem 3 u kan laddas upp med ca 2000 elementarladdningar. Produkten av laddningen hos två 0,3 u partiklar är 400 och produkten av laddning hos en 0,3 u partikel och en 3 u partikel är 20000. Coulombkraften mellan en 0,3 u partikel och en 3 u partikel är 50 gånger högre än coulombkrafien mellan två 0,3 u partiklar. D.v.s. en 10 15 20 25 535 789 inblandning av laddade i detta fall 3 p. partiklar drar effektivt till sig 0,3 u partiklar som sedan enkelt avskiljs i efterföljande centrifugalrenare.

Sättet enligt uppfinningen är speciellt lämpat för att förbättra avskiljningen av partiklar ur en gas vid centrifugalreníng.

Sammanfattning av uppfinningen Ett primärt ändamål med uppfinningen är att förbättra verkningsgraden hos centrifugalrenare som avskiljer partiklar ur gaser med hjälp av centrifugalkrafier.

Uppfinning är speciellt avsedd att förbättra avskiljning av små partiklar. Denna förbättring erhålles enligt särdragen som anges i patentkrav l där partiklama innan de når centrifugalrenaren slås samman till större partiklar genom att de i gasen ingående partiklama laddas upp med laddningar av olika polaritet. Denna uppladdning sker med coronauppladdning. Partiklar med olika polaritet kommer därefter av coulombkraftema att dras mot varandra och slås då samman till större och i centrifugalrenaren avskiljbara partiklar.

Uppfmningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enlig särdragen som anges i patentkrav 2 där uppladdningen av partiklar sker med en coronaspänning som varierar mellan positiv och negativ spänning.

Upptinningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enligt särdragen som anges i patentkrav 3 där gasströmmen med partiklar delas upp i två gasströmmar och partiklama i den ena gasströmmen laddas upp med positiv polaritet och partiklama i den andra gasströmmen laddas upp med negativ polaritet. Uppladdníngen sker med coronauppladdning. Gasströmmama blandas därefter med varandra och en sammanslagning av partiklar till stora partiklar sker. l0 l5 20 25 30 535 789 Uppfinningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enligt särdragen som anges i patentkrav 4 där en gasström med i huvudsak små partiklar som ska renas blandas med en gasström innehållande stora partiklar.

Uppfinningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enligt särdragen som anges i patentkrav 5 där en gasström med i huvudsak små partiklar laddas upp med en viss polaritet. Den uppladdade gasströmmen med små partiklar blandas med en gasström innehållande stora uppladdade partiklar av motsatt polaritet. Små partiklar slås därvid samman med de stora partiklama. Uppladdning av partiklar sker med coronauppladdning.

Uppñnn ingen avser också ett sätt enligt de särdrag som anges i patentkrav 6 där avskiljningen av partiklar sker med en centrifugalrenare som är utformad som en cyklon.

Uppfinningen avser också ett sätt enligt de särdrag som anges i patentkrav 7 där avskiljningen av partiklar sker med en centrifugalrenare som är utformad som en Centrifug.

Detaljbeskrivning av föredragna utföringsformer Figur 1 visar en principskiss av sättet att förbättra en centrifugalrenares 4 verkningsgrad genom att den i renarsystemet ingående partikelhaltiga gasen 1 går in i ett före centrifugalrenaren 4 placerat partikelsammanslagningssteg 2 där partiklama i den ingående gasenl laddas upp med en laddning som har olika polaritet på olika partiklar.

Uppladdningen sker med coronauppladdning. Partiklama med olika polaritet blandas och partiklama med olika polaritet dras mot varandra genom coulombkrañer och går samman till större partiklar och gasen 3 med i huvudsak stora partiklar lämnar sammanslagningssteget 2 och leds in i centrifugalrenaren 4 där partiklama avskiljs från gasen med hjälp av centrifugalkrañ. En renad gas 5 leds vidare ut ur centrifugalrenaren 4.

De uppfángade partiklama kvarstannar i centrifugalrenaren 4 eller fors kontinuerligt ut ur centrifugalrenaren via en utledning 6. Den renade gasen 5 kan därefter ledas vidare till ett konventionellt filtersteg fór att säkerställa att en minimal mängd partiklar släpps ut i omgivningen. Filtersteget visas ej i figur l. 10 l5 20 25 30 535 789 Figur 2 visar sammanslagningssteget 2 där den partikelhaltiga gasen l går in i det fore centrifugalrenaren 4 placerat sammanslagningssteget 2 där gas med partiklar passerar en uppladdningsdel 20 i vilken partiklama laddas upp med uppladdningselement 21.

Uppladdningselementen 21 består av en rad tunna trådar eller spetsar som spänningsätts med en hög spänning och partiklama som passerar trådama/spetsama laddas upp med coronauppladdning. Detaljutformning av coronadelen visas ej i figur 2.

Coranatrådama/spetsama 21 matas med en högspänning från ett högspänningsaggregat 22 via en elektriska ledning 23 som ansluter till corontrådarna/spetsama 21 .

Högspänningsaggregatet 22 matar trådama/spetsarna 21 med en spänning som med en viss frekvens varierar mellan plus- och minusspänning varvid partiklar som passerar trådama/spetsama 2l omväxlande får positiv och negativ polaritet. Frekvensen i spänningsväxlingen väljs fór att erhålla bästa möjliga sammanslagning av partiklar. Vald frekvens kommer att beror på geometrisk utformning av coronasteget, gasens hastighet samt partikelmängd och partikelstorlek i gasen. Gas 24 som lämnar coronasteget 20 innehåller nu partiklar med omväxlande positiv och negativ laddning. Partiklar med olika polaritet går nu samman till större partiklar i en blandningsdel 25. Gas 26 som nu i huvudsak innehåller stora partiklar leds ut ur sammanslagningssteget 2 for att ledas vidare in i centrifugalrenaren 4 där partiklama avskiljs från gasen med hjälp av centrifugalkrafl. Den renade gasen 5 leds vidare ut ur centrifugalrenaren. De upptängade partiklama kvarstannar i centrifugalrenaren eller förs kontinuerligt ut ur centrifugalrenaren via utledningen 6. Den renade gasen 5 kan ledas vidare till ett konventionellt filtersteg för att säkerställa att en minimal mängd partiklar släpps ut i omgivningen. F iltersteget visas ej i figur 2 Figur 3 visar ett partikelsammanslagningssteg 30 där den partikelhaltiga gasen 1 går in sammanslagníngssteget 30 där gas med partiklar delas upp i två delströmmar 31 och 32.

Respektive delström passerar uppladdningselement 33, 34 i vilka partiklama i gasen laddas upp med coronauppladdning. Uppladdningselementen i 33, 34 består av en rad tunna trådar eller spetsar. Detaljutformning av coronadelen visas ej i figuren.

Uppladdningselementet 34 matas med en högspänning av ett högspänningsaggregat 35 10 l5 20 25 30 535 789 via elektrisk anslutning via ledning 36. På samma sätt matas uppladdningselementet 33 med en högspänning av ett högspänningsaggregat 37 via elektrisk anslutning via ledningn 38. De två högspänningsaggregaten 35, 37 matar respektive uppladdningselement 33, 34 med spänningar av olika polaritet varvid de gasströmmama 31, 31 erhåller olika polaritet.

Gasström 39 innehåller partiklar med positiv laddning och gasström 40 innehåller partiklar med negativ laddning eller omvänt. Gasströmmama 39, 40 innehållande partiklar laddade till olika polaritet går nu till en blandningsdel 41 där partiklama i gasen går samman till större partiklar. En gas 42 som nu i huvudsak innehåller stora partiklar leds ut ur sammanslagningssteget 30 för att ledas vidare in i centrifugalrenaren 4 där partiklama avskiljs från gasen med hjälp av centrifugalkraft. Den renade gasen 5 leds vidare ut ur centrifugalrenaren. De uppfångade partiklama kvarstannar i centrifugalrenaren eller förs kontinuerligt ut ur centrifugalrenaren via utledningen 6. Den renade gasen 5 kan ledas vidare till ett konventionellt filtersteg för att säkerställa att en minimal mängd partiklar släpps ut i omgivningen. Filtersteget visas ej i figur 3.

Figur 4 visar gasströmmen l med små partiklar som blandas med en gasström 8 innehållande stora hjälppartiklar. De blandade gasströmmama leds in i partikelsammanslagningssteget 2 där partiklama i den ingående gasen 1 och 8 laddas upp med en laddning som har olika polaritet på olika partiklar. Uppladdningen sker med coronauppladdning. Partiklama med olika polaritet blandas och partiklama med olika polaritet dras mot varandra genom coulombkrafter och går samman till större partiklar och gasen 3 med i huvudsak stora partiklar lämnar sammanslagningssteget 2 och leds in i centrifugalrenaren 4 där partiklama avskiljs från gasen med hjälp av centrifugalkrañ. Den renade gasen 5 leds vidare ut ur centrifugalrenaren. De uppfångade partiklama kvarstannar i centrifugalrenaren eller förs kontinuerligt ut ur centrifugalrenaren via utledningen 6. Den renade gasen 5 kan ledas vidare till ett konventionellt filtersteg för att säkerställa att en minimal mängd partiklar släpps ut i omgivningen. Filtersteget visas ej i figur 4. 10 15 20 25 30 535 789 10 Figur 5 visar ett sammanslagningsteg 50 där partiklama i en inströmmande gas 5l som i huvudsak innehåller små partiklar laddas upp i ett uppladdningssteg 52 och denna uppladdning sker till samma polaritet på alla partiklar. Laddning av partiklar sker med coronauppladdning. Eñer uppladdningssteget 52 leds en gas 53 med uppladdade partiklar till en blandningskammare 54. I blandningskammaren 54 blandas gasen 53 med en gas 55 innehållande stora hjälppartiklar som har givits motsatt polaritet mot partikelpolariteten i gasen 53. Laddning av de stora partiklama i gasen 55 har erhållits genom att en inströmmande gas 60 innehåller hjälpartiklar som skapas eller väljs från en källa där enbart stora och i centrifugalrenaren lätt avskiljbara partiklar ingår. Hjälppartiklarria laddas upp medelst coronauppladdning i ett uppladdningssteg 61 med en polaritet som är motsatt polariteten hos partiklama i gasen 53. De laddade stora partiklarna i gasen 55 blandas som tidigare nämnts med gasen 53 i blandningskammaren 54.

De stora laddade partiklamai gasen 55 kommer nu att genom coulombkrafter mellan partiklama dra till sig de små partiklama i gasen 53. En gas 56 med de stora och sammanslagna partiklarna leds därefier till centrifugalrenaren 4 där de stora partiklama avskiljs gasen 56. Den renade gasen 5 leds vidare ut ur systemet. De uppfàngade partiklama kvarstannar i centrifugalrenaren eller förs kontinuerligt ut ur centrifugalrenaren via utledningen 6. Den renade gasen 5 kan ledas vidare till ett konventionellt filtersteg för att säkerställa att en minimal mängd partiklar släpps ut i omgivningen. F iltersteget visas ej i figur 5.

Kort beskrivning av figurerna Figur I visar ett uppladdningsteg med ett efierföljande renarsteg.

Figur 2 visar ett uppladdningssteg med efterföljande renarsteg där partiklar i gasen laddas i uppladdningssteget med omväxlande positiv och negativ polaritet. Denna uppladdning sker med coronauppladdning.

Figur 3 ett uppladdningssteg med efterföljande renarsteg där gasen i uppladdningssteget delas upp i två delströmmar och partikeluppladdning sker i respektive delström. 535 789 ll Figur 4 visar ett uppladdningssteg med efterföljande renarsteg där stora partiklar blandas in i gasen innan gasen som ska renas går in i uppladdningssteget.

Figur 5 visar ett uppladdningssteg med efterföljande renarsteg där stora uppladdade partiklar blandas in i en partikelström med små uppladdade partiklar.

Claims (4)

1. 0 l5 20 25 30 535 789 12 Patentkrav 1) Sätt att i en gasrenare som använder centrifugalteknik fór att rena en partikelhaltig gas (l) från i gasen (1) ingående fasta eller vätskeformiga partiklar öka verkningsgraden fór avskiljning av små partiklar kännetecknat av att uppström en centrifugalrenare (4) placera ett partikelsammanslagningssteg (2) som medelst coronauppladdning laddar upp partiklama i gasen (1) med elektriska laddningar som ger olika polaritet på olika partiklar varvid partiklar med olika polaritet dras mot varandra och slås samman till större partiklar varvid de sammanslagna partiklama avskiljs i den nedströms partikelsammanslagningssteget (2) placerade centrifugalrenaren (4).

2. ) Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att partiklamas uppladdning i gasströmmen (l) sker i partikelsammanslagningssteget (2) där uppladdningen sker med coronauppladdning som drivs med en spänning som växlar mellan plus och minus och därmed laddar upp partiklama med omväxlande plus och minus polaritet.

3. ) Sätt enligt krav l, kännetecknat av att gasströmmen (l) med ingående partiklar delas upp i två delströmmar (31, 32) varvid partiklarna i den ena delströmmen laddas upp med positiv polaritet medelst coronauppladning och partiklama i den andra delströmmen laddas upp med negativ polaritet medelst coronauppladdning av uppladdningselement (33, 34). De två delströmmar-na (31, 32) leds sedan ihop i en blandningsdel (41) varvid partiklar med olika polaritet dras mot varandra och slås samman till större partiklar vilka kan avskiljas i den nedströms placerade centrifrigalrenaren (4).

4. ) Sätt enligt krav l, kännetecknat av att uppströms partikelsammanslagningssteget (2) via en gasström (8) innehållande stora partiklar blanda in stora partiklar i gasströmmen (1). 10 15 20 535 789 13 5) Sätt att i en centrifugalrenare (4) som använder centrifugalteknik för att rena en gas från i gasen ingående fasta eller vätskeformiga partiklar öka verkningsgraden for avskiljning av små partiklar, kännetecknat av att uppströms centrifugalrenaren(4) placeras en anordning som blandar en gasström (55) innehållande medelst coronauppladdning uppladdade stora partiklar med en gasström (53) innehållande små medelst coronauppladdning laddade partiklar av motsatt laddning mot de stora partiklama varvid de små partiklarna genom coulombkrafier dras mot och fastnar eller förenar sig med de stora partiklama ett blandningsteg 54 vartefier de sålunda sammanslagna partiklama lätt avskiljs i centrifugalrenaren (4). 6) Sätt enligt krav l till 5 där partikelavskiljning sker i centrifugalrenare (4), kännetecknat av att centrifugalrenaren (4) utgörs av en cyklon. 7) Sätt enligt krav l till 5 där partikelavskiljning sker i centrifugalrenare (4), kännetecknat av att centrifugalrenaren (4) utgörs av en centrifug.