Іоноелектромагнітний циклон

Изобретение относится к обеспыливанию воздуха и может быть использовано в промышленности строительных материалов и других отраслях народного хозяйства. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является ионоэлектро-магнитный циклон, выполненный в виде полой конической головки из электроизоляционного материала с помещенной в ней электроионизационной сеткой, корпуса, выполненного в виде полого корпуса с помещенным в нем сепарационным конусом, и выхлопной трубы, выполненной из двух концентрических цилиндров с помещенными между ними электромагнитными катушками [1]. Однако это устройство требует предварительной очистки для снижения начальной концентрации взвешенных частиц и уменьшения вероятности забивания ионизирующих сеток, не обеспечивает очистку воздуха от тяжелых газов и аэрозолей, т.к. скорость закрутки газового потока в данной конструкции невысока, требует большого напряжения ионизирующей сетки (десятки тысяч вольт) для обеспечения достаточно высокой эффективности ионизации частиц, В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ионоэлектромагнитного циклона, в котором использование эмиттера низкоэнергетических электронов и взаимно перпендикулярных постоянных электрического и магнитного полей позволит обеспечить очистку воздуха от очень мелкодисперсных фракций пыли и аэрозолей, что приводит к повышению эффективности очистки вентиляционных выбросов и снижению потребления электроэнергии. Поставленная задача решается тем, что в ионоэлектромагнитном циклоне, содержащем установленный на бункере для сбора пыли корпус, внутри которого размещена выхлопная труба, а снаружи прикреплен тангенциальный входной патрубок, согласно изобретению, в средней части выхлопной трубы размещен эмиттер низкоэнергетических электронов, в части выхлопной трубы выше эмиттера, выполненной в виде сепарационного цилиндра, в центре размещен центральный электрод, образующий совместно с сепарационным цилиндром электрическую пару, причем снаружи сепарационного цилиндра установлен цилиндр из немагнитного материала, переходящий в нижней части в конус, соединенный с корпусом и выхлопной трубой, образуя цилиндрическую и коническую полости, соединенные трубопроводом с накопителем тонких фракций, а снаружи цилиндра из немагнитного материала установлена электромагнитная катушка. Наличие эмиттера низкоэнергетических электронов в средней части выхлопной трубы позволяет ионизировать частицы воздуха и примесей при существенно низких напряжениях электрического поля. Выполнение части выхлопной трубы выше эмиттера в виде сепарационного цилиндра позволяет снизить гидравлическое сопротивление ионоэлектромагнитного циклона в процессе разделения аэрозолей и газовоздушного потока, а размещение в ней центрального электрода, образующего совместно с сепарационным цилиндром электрическую пару, позволяет легко образовать электрическое поле, перпендикулярное к оси циклона. Наличие извне сепарационного цилиндра, переходящего в нижней части в конус, соединенный с корпусом и выхлопной трубой, и образование обоими цилиндрами цилиндрической и конической полостей, соединены трубопроводом с накопителем тонких фракций, позволяет упростить отделение части газовоздушной смеси, насыщенной аэрозолями, от очищенного потока. Установка извне цилиндра электромагнитной катушки приводит к образованию прямолинейных силовых линий магнитного поля вдоль оси цилиндра, перпендикулярных электрическому полю. Совокупность вышеперечисленных существенных признаков обеспечивает очистку выбросов от очень мелкодисперсных фракций пыли и аэрозолей, а также снижает потребление электроэнергии. На чертеже изображен общий вид ионоэлектромагнитного циклона. Иoноэлектромагнитный циклон содержит корпус 1 с прикрепленным тангенциальным входным патрубком 2. Корпус 1 установлен на бункер для сбора пыли 3. В корпусе t установлена выхлопная труба 4, в средней части которой размещен эмиттер 5 низкоэнергетических электронов (например, термоэлектронный, с вдувом электронов низких энергий дополнительным газом). Часть выхлопной трубы 4 выше эмиттера 5 выполнена в виде сепарационного цилиндра 6. В центре выхлопной трубы 4 размещен центральный электрод 7, образующий совместно с сепарационным цилиндром 6 электрическую пару. Извне сепарационного цилиндра б установлен цилиндр 8 из немагнитного материала, переходящий в нижней части в конус 9, соединенный с корпусом 1 и выхлопной трубой 4. Сепапационный цилиндр 6 и цилиндр 8 из немагнитного материала образует цилиндрическую 10 и коническую 11 полости, соединенные трубопроводом 12 с накопителем мелких фракций 13. Извне цилиндра 8 установлена электромагнитная катушка 14. Ионоэлектромагнитный циклон работает следующим образом. Запыленный газовый поток поступает через тангенциальный входной патрубок 2 в корпус 1. В результате вращательно-поступательного движения потока крупные пылевые фракции отбрасываются на стенки корпуса 1 и осаждаются в бункере 3, а газовый поток с взвешенными в нем мелкодисперсными фракциями поступает в выхлопную трубу 4, После ионизации дисперсных частиц электронами низких энергий, вдуваемых эмиттером 5, они приобретают вращательно-поступательные движения во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях, образованных электрическими потенциалами, приложенными между центральным электродом 7 и сепарационным цилиндром 6, а также постоянным электрическим током, протекающим через электромагнитную катушку 14, Сепарационный цилиндр 6 заземлен. Движение ионизированных частиц в области сепарационного цилиндра 6 приводит к тм. "ионному ветру", вызывающему соответствующее вращательно-поступательное движение всего газового потока. При определенных значениях напряженностей электрических и магнитных полей скорость газового потока может достигать десятки-сотни м/с, достаточных для сепарации центробежными силами пылевых фракций, дисперсность которых достигает 10-1 мк. Отброшенные пылевые частицы вместе с незначительной частью газового потока поступают через стенку сепарационного цилиндра в цилиндрическую 10 и коническую 11 полости, откуда трубопроводом 12 подаются в накопитель 13 мелких фракций. Проведены теоретические расчеты движения заряженных частиц в газе высокого давления под действием скрещенных электрических и магнитных полей, а также всего газа под действием заряженных частиц в условиях аэродинамического сопротивления. На основе полученных зависимостей составлен соответствующий алгоритм и проведены расчеты на ЭВМ скоростей образования и движения ионов кислорода воздуха и заряженных аэрозолей, времени наростания вращения газа до максимальной скорости и времени общего вращательно-поступательного полета аэрозолей до выделения их на стенку сепарационного цилиндра, а также коэффициента разделения, равного отношению концентраций аэрозолей вблизи стенки цилиндра и его центра. Как показывают расчеты, для закрутки газовоздушной смеси, находящейся в цилиндре длиной 20 см и диаметром 10 см на протяжении 1 с до скорости порядка сотни м/с, достаточной для отделения 99% аэрозолей (коэффициент разделения порядка 100) диаметром 0,5 микрон и массой порядка 10 г, необходимо внедрить в протекающую со скоростью 20 см/с газовоздушную смесь порядка 10 электронов за 1 с (это ток порядка 1 мА), приложить электрическое поле 1000 В и создать магнитное поле 1000 арстед. Заявляемое изобретение существенно улучшит степень очистки вентиляционных выбросов от пыли тонких фракций и аэрозолей.