Газодинамічний електрофільтр

Газодинамічний електрофільтр, що містить осаджувальні елементи-електроди, які розміщені рядами та є стінками каналів для проходу газів, поверхня кожного електрода утворює два основні вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми, основні жолобчаті канали зустрічно повернуті один до одного великою основою трапеції в кожному непарному каналі для проходу газів, та містить коронуючі електроди, що установлені на перетині площин симетрії каналів для проходу газів і основних жолобчатих каналів, який відрізняється тим, що кожен осаджувальний елементелектрод утворює три додаткові вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми, при цьому основні і додаткові жолобчаті канали розташовані C2 2 (19) 1 3 Причини, що перешкоджають отриманню потрібного технічного результату такі: Відома конструкція газодинамічного електрофільтру не забезпечує уловлення малих частинок пилу розмірами 0,1-0,5мкм і менше, при цьому ефективність очищення газів не перевищує 98%, що недопустимо при теперішніх жорстких екологічних вимогах, особливо для теплових електростанцій з використанням пального у вигляді кам'яного або бурого вугілля чи торфу. До недоліків відомої конструкції електрофільтру слід віднести його низьку динамічну стійкість осаджувальних електродів при робочих температурах до 500°С, а так як робота електростанцій супроводжується періодичними викидами димових газів з температурою до 450°С, то відомі електроди коробляться і різко знижують надійність роботи самого електрофільтру. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого винаходу є електрофільтр для аерозолів [див. патент України №22340, МПК 7, В 03 С 3/41, В 03 С 3/51, опубл. 17.03.2003. Бюл.№3, 2003р.], який включає горизонтальні канали з боковими стінками, які виконані з осаджувальних електродів W - профілю, площини якого формують на кожному електроді два вертикальні жолоби, а між ними розташовані точки фіксованого електричного розряду, осаджувальні електроди мають урізаний W профіль, утворюючий жолоби у формі трапеції повернуті одна до одної назустріч більшими основами в кожному каналі, лінійні розміри і кути загнутих плоскостей електродів забезпечують сумісництво дна кожного жолобу по дотичній з еквіпотенціальною напівокружністю з центром в точках фіксованого електричного розряду, якими є верхівки зубців коронуючих електродів, які лежать на загальній площині симетрії жолобів. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками запропанованого газодинамічного електрофільтру: - осаджувальні електроди, які розміщені рядами та є стінками каналів для проходу газів; - на поверхні осаджувальних електродів утворені два вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми; - осаджувальні електроди зустрічно повернуті один до одного великою основою трапеції в кожному каналі для проходу газів; - на пересіченні площин симетрії каналів для проходу газів і жолобчатих каналів установлені коронуючі електроди. Причини, що перешкоджають отриманню потрібного технічного результату: Відома конструкція електрофільтру має цілий ряд недоліків: має низьку ефективність уловлювання частинок пилу розмірами 0,1-0,5мм, тому що конструкція осаджувальних електродів не забезпечує точного їх виготовлення на прокатному стані при довжині електродів 14-18м. При їх прокатці відхилення розміру по вісі X перевищує ±3мм, а по вісі У ±15мм, така розбіжність в розмірах не дозволяє забезпечити стабільну міжелектродну відстань 250-350мм, а зменшення цього розміру не дозволяє піддержувати потрібну напруженість електростатичного поля шляхом збільшення напруги між електродами. В цьому випадку при під 86865 4 вищені напруги коронний розряд переходить в дуговий, поміж електродами з'являється коротке замикання і електрофільтр виходить з ладу, перестає працювати і виконувати пряму функцію очищення газів від пилу. Таким чином, в результаті низької напруженості на поверхні осаджувальних електродів утворюється рихлий шар пилу, який при струшуванні здіймає хмару пилу, яка виноситься в кількості до 150-250мг/м3 з електрофільтру та викидається через димову трубу в навколишнє середовище. Виходячи з екологічних вимог, викиди пилу не повинні перевищувати 50мг/м3. Слід відмітити, що гранулометричний склад пилу, який поступає разом з газом в електрофільтр, дуже широкий і в ідеальному випадку, щоб одержати щільний шар пилу на осаджувальних електродах потрібно щоб розмір пилу зменшувався по мірі проходження його через електрофільтр, при цьому кожний осаджувальний електрод буде нести на собі щільний шар пилу одного розміру, а це дозволить забезпечити стабільне його струшування в бункер без підняття хмари пилу. Значним недоліком відомої конструкції є і те, що при температурах газів 400-500°С, дані осаджувальні електроди коробляться. Це різко зменшує міжелектродну відстань і приводить до виходу з ладу всього електрофільтру. Покороблені осаджувальні електроди не підлягають ремонту і виникає необхідність їхньої заміни, а це дуже дорога операція, наприклад. при потужності електрофільтру 1000000м3/час вартість електродів може сягати від 10 до 60млн. грн. В основу запропонованого винаходу поставлено задачу удосконалити конструкцію газодинамічного електрофільтру шляхом зміни геометрічної форми елементів осаджувальних електродів та їх кріплення, що дозволить забезпечити попереднє гравітаційне осадження на осаджувальних електродах частинок пилу розмірами 50-100мкм, та збереження форми і розмірів осаджувальних елементів - електродів при високих температурах газів, які треба очистити від пилу, та за рахунок цього, збільшити ступінь очищення газів від пилу та забезпечити надійну і стабільну роботу газодинамічного електрофільтру. Суть винаходу полягає в тому, що газодинамічний електрофільтр, що містить осаджувальні елементи - електроди, які розміщені рядами та є стінками каналів для проходу газів, на поверхні елементів - електродів утворені два основних вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми, які зустрічно повернуті один до одного великою основою трапеції в кожному каналі для проходу газів, та коронуючі електроди, що установлені на перетині площин симетрії каналів для проходу газів і жолобчатих каналів, відповідно до винаходу, кожен осаджувальний елемент - електрод має три додаткові вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми, при цьому основні і додаткові жолобчаті канали розташовані з обох сторін поверхні елементу - електроду по черзі опуклою та вигнутою поверхнями, два з яких виконані з зменшеною внутрішньою поверхнею, яка дорівнює 0,4-0,6 площі одного з основних жолобчатих каналів, і розташовані по краях елемента 5 електрода, кожен жолобчастий канал обладнаний температурним компенсатором виконаним як одне ціле з жолобчатим каналом у вигляді повздовжнього порожнього буртика, що розміщений на зовнішній поверхні жолоба, по його вісі, непарні канали для проходу газів утворені поверхнею елементів - електродів, що мають два вертикальних жолобчатих канали, внутрішня поверхня яких повернена до вісі каналу, при цьому у парних каналах для проходу газів на перетині їх площин симетрії з перпендикулярною їй площиною, що проходить по лінії з'єднання двох сусідніх елементів - електродів, встановлені додаткові коронуючі електроди, причому осаджувальні елементи - електроди в ряду з'єднані між собою пружинистими скобами, а нижня їх частина встановлена з можливістю незалежного коливання. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками запропонованої конструкції газодинамічного електрофільтру та досягнутим технічним результатом, слід визначити наступне: Відзначені ознаки конструкції газодинамічного електрофільтру: "кожен осаджувальний елемент електрод має три додаткові вертикальні жолобчаті канали трапецієподібної форми, при цьому основні і додаткові жолобчаті канали розташовані з обох сторін поверхні елемента - електроду по черзі опуклою та вигнутою поверхнями, два з яких виконані з зменшеною внутрішньою поверхнею, яка дорівнює 0,4-0,6 площі одного з основних жолобчатих каналів, і розташовані по краях елементаелектрода", що забезпечує рівномірний розподіл механічних напруг по всій площі і по всій довжині елемента-електроду, при його виході з прокатного стану. Таким чином, за рахунок запропонованого розташування жолобчатих каналів досягаються точні розміри елемента - електроду при жорстких відхиленнях від основних розмірів, наприклад, відхилення розміру по вісі X складає ±1мм, а по вісі У ±5мм при довжині 18м. При цьому два жолобчаті канали менших розмірів розташованих по краях елемента - електроду в співвідношенні їх розмірів до основних жолобчатих каналів забезпечують необхідну жорсткість та стійкість довгої стрічки елементу - електроду, разом з тим, при струшуванні шару пилу в бункер з елемента електрода кожен з них набуває хвилеподібного коливання, що забезпечує скидання шару пилу послідовно знизу до верху, не здіймаючи хмари пилу. При збільшенні площі крайніх жолобчатих каналів, чим 0,6, елемент-електроду зменшує динамічну стійкість, а при зменшенні, чим 0,4,суттєво зменшується ефективність турбулізації запиленого потоку газів і зменшується ефект гравітаційного осаджування пилу в каналі. Ознаки: "...кожен жолобчастий канал обладнаний температурним компенсатором виконаним як одне ціле з жолобчатим каналом у вигляді повздовжнього порожнього буртика, що розміщений на зовнішній поверхні жолоба, по його вісі", що забезпечує разом з запропанованим розміщенням жолобчатих каналів стабільність геометричних розмірів елемента - електрода при високих температурах (400-500°С), не визиваючи при цьому коробления конструкції елемента - електрода. 86865 6 Ознаки: "...непарні канали для проходу газів утворені поверхнею елементів - електродів, що мають два вертикальні жолобчатих канали, внутрішня поверхня яких повернена до вісі каналу, при цьому у парних каналах для проходу газів на перетині їх площин симетрії з перпендикулярною їй площиною, що проходить по лінії з'єднання двох сусідніх елементів - електродів, встановлені додаткові коронуючі електроди", що забезпечують збільшення напруженості електричного поля в місцях жолобчатих каналів менших розмірів, що відповідає зменшенню міжелектродної відстані. Крім цього, вони забезпечують необхідну турболізацію газу і пилу на поверхні даних жолобчатих каналів, за рахунок чого, забезпечується попереднє гравітаційне осадження великих частинок пилу розміром 50-100мкм, додатково підсилене збільшеною напруженістю електричного поля в даному об'ємі, що супроводжується накопиченням щільного шару пилу. Ознаки: "...осаджувальні елементи - електроди в ряду з'єднані між собою пружинистими скобами, а нижня їх частина встановлена з можливістю незалежного коливання", що забезпечує хвилеподібне коливання кожного елемента - електрода, а це в свою чергу супроводжується послідовним струшуванням в бункер щільного шару пилу знизу до верху, не здіймаючи при цьому хмари пилу. Таким чином сукупність істотних ознак газодинамічного електрофільтру забезпечують попереднє послідовне гравітаційне осадження в електричному полі частинок пилу розміром 50-100мкм, а надалі і більш малих частинок розміром 0,10,5мкм, забезпечуючи ефективне очищення газів до рівня залишкової концентрації пилу не більше 30мг/м3 при допустимій нормі 50мг/м3. Крім того, забезпечується збереження форм і розмірів елементів-електродів при високих температурах (400500°С) газів, які очищуються від пилу, та за рахунок цього забезпечується необхідна ступінь очистки газів від пилу при надійній і стабільній роботі всього газодинамічного електрофільтру. Суть винаходу пояснюється кресленням, де представлені: на Фіг.1 - схема розміщення електродів в полі газодинамічного електрофільтру; на Фіг.2 - профіль елементу - електроду; на Фіг.3 - поперечний розріз температурного компенсатора. Конструкція газодинамічного електрофільтру (Фіг.1) містить осаджувальні елементи - електроди 1 та 2, які розміщені рядами та є стінками каналів 3 та 4 для проходу газів. На поверхні осаджувальних елементів - електродів 2 (Фіг.2) утворені два основні вертикальні жолобчаті канали 5 та 6 трапецієподібної форми, які зустрічно повернуті один до одного великою основою трапеції, наприклад 7 і 8 (Фіг.1), в кожному каналі для проходу газів, та коронуючі електроди 9, 10, що установлені на перетині площин симетрії каналів, наприклад 3, для проходу газів і жолобчатих каналів 1 та 2. Кожен осаджувальний елемент-електрод (Фіг.2) має три додаткові вертикальні жолобчаті канали 11, 12, 13 трапецієподібної форми, при цьому основні і додаткові жолобчаті канали розташовані з обох сторін 7 поверхні елементу - електроду по черзі опуклою 11, 12, 13 та вигнутою 5, 6 поверхнями, два з яких 11 та 13 виконані з зменшеною внутрішньою поверхнею, яка дорівнює 0,4-0,6 площі одного з основних жолобчатих каналів, наприклад 5, і розташовані по краях елемента - електрода 2. Кожен жолобчатий канал 5,6, 11, 12 і 13 обладнаний температурним компенсатором 14 (Фіг.2, 3), виконаним як одне ціле з жолобчатим каналом у вигляді повздовжнього порожнього буртика, що розміщений на зовнішній поверхні жолоба по його вісі. У парних каналах, наприклад 4, для проходу газів на перетині їх площин симетрії з перпендикулярною їй площиною, що проходить по лінії з'єднання 15, 16 двох сусідніх елементів - електродів, наприклад 17 та 18, 19 та 20, встановлені додаткові коронуючі електроди 21, 22. Осаджувальні елементиелектроди в ряду з'єднані між собою по всій своїй довжині з шагом від 300 до 1200мм в залежності від довжини електродів пружинистими скобами (на Фіг.не показано), а нижня їх частина встановлена з можливістю незалежного коливання при струшуванні. Робота газодинамічного електрофільтру полягає в наступному. Запилений газ проходить в газодинамічному електрофільтрі через канали для проходу газів 3, 4. В той час на коронуючі електроди 9, 10, 21, 22 подається висока напруга біля 120кВ, при цьому в області розміщення коронуючих електродів виникає велика напруженність електричного поля, в якому всі частинки пилу, як великі, так і маленькі заряджаються та за рахунок електростатичного поля осаджуються на осаджувальних елементах електродах 1,2, 17, 18, 19, 20. Крім цього, за рахунок турболізації газу і пилу в жолобчатих каналах 11, 12, 13 проходить попереднє гравітаційне осадження, з початку каналу більш великі частинки пилу розміром 50-100мкм, а далі по мірі проходження каналом послідовне зменшення розміру частинок до 0,1-0,5мкм, що супроводжується нако 86865 8 пиченням щільного шару частинок пилу в основному однакового розміру на кожному з послідовно розташованих осаджувальних елементахелектродах. В процесі проходження гарячих димових газів, наприклад, від згоряння вугілля в котлах теплоелектростанцій, всі елементи електрофільтру нагріваються до температури 400-500оС. Слід відмітити, що всі відомі конструкції осаджувальних електродів під впливом температури коробляться, а в запропонованій конструкції оригінальне розміщення жолобчатих каналів і температурних компенсаторів на них в елементі - електрода та кріплення електродів в ряду забезпечує стабільність геометричних розмірів елементів-електродів при високих температурах. Вільне кріплення елементів-електродів забезпечує не тільки компенсацію температурних розширень, а також забезпечує хвилеподібне коливання кожного елементуелектроду на своїй частоті при струшуванні пилу, а це в свою чергу супроводжується послідовним струшуванням в бункер щільного шару пилу знизу до верху без здіймання при цьому хмари пилу. Слід відмітити, що в процесі монтажу осаджуваньних електродів, навіть при довжині 18м вони забезпечують стійкість при мінімальній серповидності та забезпечують відхилення від вертикалі не більше ±5мм. І навіть при струшуванні, коли кожний електрод коливається в хвилеподібному режимі при різних температурах, відхилення не збільшується. Таким чином, запропонована конструкція газодинамічного електрофільтра забезпечує надійність роботи при високих температурах та ступінь очищення газів від пилу до 99,85%, при цьому кількість пилу, який викидається в навколишнє середовище не перевищує 30мг/м3 при допустимій концентрації 50мг/м3. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 86865 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601