SK281451B6 - Elektrostatický precipitátor - Google Patents

Abstract

Skupiny zberných elektród na zachytávanie prachu (B) a zostavy výbojových elektród (A) sú striedavo usporiadané vzhľadom na prúdenie plynov obsahujúcich prach. Každá výbojová elektróda (1) zostavy výbojových elektród (A) sa vytvorí vyrezaním polkruhov do dvoch pozdĺžnych okrajov obdĺžnikovitých kovových platní tak, že vznikne rad pílovito zúbkovaných častí s ostrými hrotmi (la). Každá zberná elektróda na zachytávanie prachu skupiny zberných elektród na zachytávanie prachu (B) má tvar reťaze. Ako zberná elektróda na zachytávanie prachu môže slúžiť každá komerčne dostupná reťaz, pričom ju netreba špeciálne upravovať. Tým sa šetrí čas a náklady na výrobu súčiastok. Navyše použitie reťaze odľahčuje hmotnosť elektrostatického precipitátora. Zostava výbojových elektród (A) a skupina zberných elektród na zachytávanie prachu (B) sú usporiadané vo vhodných rozstupoch čelnými plochami proti sebe a zavesené tak, aby sa mohli voľne kolísať. Takto sa vzájomné pozície spojovacích článkov (10a) tvoriacich reťaz (10) môžu voľne meniť a kmitať. Týmto kmitaním sa ľahko uvoľňuje prach nahromadený na reťazi. Následkom toho sa vysoká schopnosť zachytávania prachu udrží po dlhý čas bez potreby odstraňovať prach oklepávaním alebo podobným spôsobom.ŕ

Description

Vynález sa týka elektrostatického precipitátora na použitie v elektrárňach, cementárňach, spaľovniach priemyselného odpadu, na cestách i v tuneloch na odstránenie vznášajúcich sa častíc rádioaktívneho prachu alebo na čistenie vzduchu v interiéroch.

Doterajší stav techniky

Elektrostatický precipitátor pôsobením vysokého napätia alebo korónového výboja na plyn ionizuje, nabíja jemné častice, napríklad prachu vznášajúceho sa v plyne. Nabité častice sa prostredníctvom elektrického poľa z plynu odstraňujú tak, že sa zachytávajú na zberných elektródach na zachytávanie prachu elektrostatických precipitátorov. Elektrostatický precipitátor je schopný s vysokou účinnosťou zachytávať častice (v ďalšom prach) väčšiny druhov tuhých látok a kvapalín. Navyše je údržba a prevádzka elektrostatického precipitátora pomerne lacná, pretože jeho konštrukcia je jednoduchá a precipitátor obsahuje málo pohyblivých častí.

Nedostatkom tohto elektrostatického precipitátora však je, že celá štruktúra má v dôsledku veľkého priestoru, v ktorom sa prach zachytáva, veľké rozmery a jeho konštrukčnú cenu môžu zvýšiť drahé komponenty, akými sú zdroj vysokého jednosmerného napätia alebo vysokonapäťový izolátor. Navyše je jeho schopnosť zachytávania prachu obmedzená elektrickou rezistivitou prachu (jeho merným odporom). (Pozri str. 1119 až 1121 publikácie Handbook of Electric Engineering, ktorú zostavila Assaciation of Electricity a vydala OHM Co., Ltd. 10. júla 1983).

Pôvodca tohto vynálezu už predstavil elektrostatické precipitátory s malými rozmermi, ktoré majú vysokú účinnosť zachytávania prachu vo vynálezoch opísaných v japonskej patentovej prihláške podanej 24. februára 1994 a japonskej patentovej prihláške podanej 23. mája 1994 i v slovenskom patente č. 277 817 a v slovenskej prihláške PV 0090-95. Charakteristické vlastnosti týchto zariadení budú stručne opísané v nasledujúcom.

Elektrostatický precipitátor znázornený na obr. 7 pozostáva z kovových výbojových elektród v tvare obdĺžnikovitých platní s radmi pílovito zúbkovaných častí, ktoré na ich okrajoch vytvárajú hroty a zo zberných elektród na zachytávanie prachu s množstvom otvorov na ich čelných plochách. Čelné plochy zberných elektród na zachytávanie prachu sú umiestnené paralelne a samotné zberné elektródy na zachytávanie prachu sú spojené pomocou medzikusov tak, aby tvorili skupinu zberných elektród. Podobne aj čelné plochy výbojových elektród sú umiestnené paralelne a sú spojené pomocou medzikusov tak, aby vytvorili skupinu výbojových elektród. Tieto skupiny zberných elektród a skupiny výbojových elektród sú pripevnené k rámu (na obrázkoch nenaznačené) prostredníctvom skrutiek vyčnievajúcich z medzikusov. Plyn obsahujúci prachové častice sa do zariadenia zavádza v smere šípky. Pre toto zariadenie sú charakteristické otvory v zberných elektródach, ktoré spôsobujú, že prúd z výbojových elektród sa na zberných elektródach sústreďuje mimo otvorov, ako naznačujú šípky na obr. 8. Tým sa zvyšuje prúdová hustota v pevných častiach zberných elektród. Výsledkom jc dosiahnutie vysokej účinnosti zachytávania prachu. Na dôvažok nastáva prietok vzduchu cez otvory zberných elektród, ako ukazujú šípky na obr. 9.

Prachové častice zachytené na elektróde sa v dôsledku prúdenia vzduchu uvoľňujú, čo zabraňuje znižovaniu schopnosti zariadenia zachytávať prach v dôsledku už nahromadeného prachu.

Oproti tomu elektrostatický precipitátor podľa obr. 10 je modifikovaný tak, že zberné elektródy z obr. 7 sú nahradené oceľovými rúrami. Tieto rúry sú upevnené prostredníctvom oceľových nosníkov, ktoré môžu byť podľa potreby umiestnené v horných, dolných či stredných častiach rúr. V tomto zariadení majú rúry funkciu zberných elektród a ich čelné plochy sú zakrivené, čo spôsobuje, že zachytené prachové častice padajú v dôsledku svojej vlastnej hmotnosti ešte pred vznikom hrubých nánosov. Výsledkom je, že povrch zberných elektród je pokrytý prachom iba počas krátkych časových intervalov a toto zariadenie má zvýšenú účinnosť zachytávania prachu.

Hoci pri opísanom zariadení sa dosiahla vyššia účinnosť zachytávania prachu, predkladaný vynález sa týka ďalšieho vylepšenia tohto zariadenia.

Nakoľko na montáž elektrostatického precipitátora podľa obr. 7 je potrebné veľké množstvo medzikusov, vysoký počet súčiastok podstatne zvyšuje počet krokov, ktoré si montáž vyžaduje. Navyše, keďže zberné elektródy musia byť vyrobené v požadovanom tvare ešte pred ich upevnením, postup ich výroby je komplikovaný. V zariadení podľa obr. 10, však na druhej strane oceľové nosníky musia byť predpripravené, pretože sa používajú ako podporné nosníky rúr.

Ďalším známym riešením je riešenie podľa patentu DE-B-1078096, v ktorom sa opisuje elektrofilter obsahujúci viacero za sebou umiestených zberných elektród, ktoré sú konštruované ako platne s radmi otvorov, pričom nejde o ich paralelný súbor z pohľadu prúdenia čisteného vzduchu.

Nevýhodou konštrukcie je veľká bariéra na prechod čisteného vzduchu narážajúceho na miesta bez otvorov a predlžovanie jeho toku do chaotického prúdenia, čo sa prejavuje na nízkej účinnosti zariadenia.

Známe je tiež riešenie podľa DE 429 921, kde ako zberné elektródy sú síce použité podobné konštrukcie ako v navrhovanom riešení, ale ich súbor je umiestnený v rovine priečne na dráhu toku čisteného vzduchu a nie v rovine paralelnej s dráhou toku. Tiež ich použitie je v konštrukčnom vyhotovení nie plochých výbojových elektród usporiadaných do skupín s definovaným rozstupom a zaradených do ďalších súborov.

Nevýhodou riešenia je zložitosť konštrukcie a vysoká výrobná náročnosť jednotlivých dielcov.

Podstata vynálezu

Predkladaný vynález bol koncipovaný so zreteľom na opísané problémy. Predmetom predkladaného vynálezu je poskytnúť elektrostatický precipitátor, ktorý má vysokú účinnosť zachytávania prachu a ktorého výroba i montáž sú jednoduché.

Aby sa dosiahli vyššie špecifikované vlastnosti, elektrostatický precipitátor podľa predkladaného vynálezu obsahuje minimálne jednu skupinu zberných elektród a minimálne jednu skupinu výbojových elektród, pričom zberné elektródy sú usporiadané v rovine a vzdialené od seba v rovnakej vzdialenosti. Skupina výbojových elektród sa skladá zo série plochých pozdĺžnych kovových výbojových elektród v tvare obdĺžnikovitých plochých dosiek, ktoré majú časti tvaru pílových zubov so špičkami na svojom vstupnom a výstupnom okraji usporiadaných v rovine v podstate rovnobežnej s rovinou aspoň jednej skupiny zberných elektród. Výbojové elektródy sú od seba vzdialené v rovnakej vzdialenosti a sú usporiadané proti sebe

SK 281451 Β6 vzájomne rovnobežne a podstate rovnobežne so smerom prúdenia plynu, ktorý prúdi elektrostatickým precipitátorom.

Podstata vynálezu spočíva v tom, že pri takto zhotovenom elektrostatickom precipitátore je každá zberná elektróda tvorená reťazou, pozostávajúcou z článkov.

Výhodne je elektrostatický precipitátor usporiadaný tak, že každá zberná elektróda je zavesená pohyblivo na ráme, pričom každá zberná elektróda je i pohyblivá proti aspoň jednej skupine výbojových elektród v závislosti od pohybu plynu prúdiaceho elektrostatickým precipitátorom.

Elektrostatický precipitátor má tiež výhodné usporiadanie v tom, že dolný koniec každej zbernej elektródy je pripojený k rámu a články každej reťaze sú pohyblivé proti sebe navzájom.

V elektrostatickom precipitátore podľa predkladaného vynálezu má tiež každá zberná elektróda nerovnomernú povrchovú plochu, takže veľkosť vzdialenosti medzi povrchovou plochou a susednými výbojovými elektródami sa mení v závislosti od polohy povrchovej plochy na zbernej elektróde.

Výhodne je tiež v elektrostatickom precipitátore podľa predkladaného vynálezu skupina zberných elektród usporiadaná pred najprednejšou skupinou výbojových elektród v smere prúdenia plynu a aspoň jedna skupina zberných a vývojových elektród je upevnená na ráme striedavým spôsobom v smere prúdenia plynu. Tiež vzdialenosť medzi zbernými elektródami každej skupiny zberných elektród jc väčšia ako vzdialenosť medzi výbojovými elektródami za ňou nasledujúcej skupiny výbojových elektród.

V zariadení podľa predkladaného vynálezu sa medzi výboj ové elektródy a zberné elektródy privádza vysoké napätie a v dôsledku korónového výboja vzniká elektrický prúd. Keď sa do časti zariadenia so skupinou výbojových elektród a skupinou zberných elektród privedie plyn, v ktorom sa nachádzajú prachové častice, prach obsiahnutý v plyne sa nabíja a je priťahovaný zbernými elektródami. Ak sú zberné elektródy tvorené reťazami, tieto reťaze majú zložitý trojrozmerný tvar, v dôsledku ktorého sú rozstupy medzi výbojovými elektródami a zbernými elektródami rôzne v závislosti od daného miesta, takže vzniká nehomogénne elektrické pole. Navyše, pretože reťaze sú stereoskopické a ich čelné plochy sa natáčajú do rôznych smerov, často sa na ne dostane výbojový prúd z niekoľkých výbojových elektród, takže celková prúdová hustota sa na jednotlivých čelných plochách tvoriacich reťaz zvyšuje. Výsledkom je, že prúdová intenzita pozdĺž členitého povrchu reťazí dosahuje vysoké hodnoty. Navyše, pretože reťaze sú zavesené tak, aby sa mohli kolísať, vzájomné pozície jednotlivých článkov reťaze sa môžu voľne meniť.

Zariadenie podľa predkladaného vynálezu ďalej môže pozostávať z polí skupín výbojových elektród a skupín zberných elektród inštalovaných v smere prúdenia plynu. Tieto polia sa navzájom ovplyvňujú a schopnosť zariadenia zachytávať prach sa ešte zvyšuje.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je znázornený perspektívny pohľad na základnú časť elektrostatického precipitátora vo vyhotovení podľa predkladaného vynálezu.

Na obr. 2 je detailný pohľad v smere šípky 1 na obr. 1 zobrazujúci siločiary elektrického poľa.

Na obr. 3 je detailný pohľad v smere šípky 2 na obr. 1 zobrazujúci siločiary elektrického poľa.

Obr. 4 predstavuje schematický diagram zobrazujúci veľkosť prúdovej intenzity v pozdĺžnom smere reťaze, ktorá slúži ako zberná elektróda.

Obr. 5 približuje stav nahromadenia prachu na reťazi z obr. 2.

Obr. 6 približuje stav nahromadenia prachu na reťazi z obr. 3.

Na obr. 7 je znázornený perspektívny pohľad zobrazujúci výbojové elektródy a zberné elektródy elektrostatického precipitátora podľa doterajšieho stavu techniky.

Obr. 8 predstavuje schematický nákres zobrazujúci prúd, ktorý vzniká v zberných elektródach na obr. 7.

Na obr. 9 je priečny pohľad na časť zberných elektród zobrazených na obr. 7.

Na obr. 10 je perspektívny pohľad zobrazujúci výbojové elektródy a zberné elektródy elektrostatického precipitátora podľa doterajšieho stavu techniky.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Predkladaný vynález bude opísaný v nasledujúcom texte s odvolaním sa na príslušné výkresy.

Obr. 1 ukazuje skupiny A výbojových elektród a skupiny B zberných elektród jednej časti celého elektrostatického precipitátora. Skupiny A výbojových elektród sa skladajú z výbojových elektród 1, tvorených obdĺžnikovitými kovovými platňami, ktorých dva dlhšie okraje sú vyrezané do polkruhov, takže tvoria rad pílovitých zúbkovaných častí so špičkami la. Skupiny B zberných elektród sa zase t skladajú zo zberných elektród 10, z ktorých každá je tvore- s ná reťazou zloženou zo súboru článkov 10a (vyrobených, z oceľovej tyče s priemerom od 6 do 8 mm). Reťaze sú zaversené vedľa seba v priamke, ktorá vedie paralelne so skupinou A výbojových elektród. Navyše sú skupiny A výbojo? vých elektród a skupiny B zberných elektród párované, takže sa podľa potreby môžu v elektrostatickom precipitá- s tore nachádzať vo forme poľa párov. Výbojové elektródy ! s skupiny A sú fixované medzikusmi 3a. Jednotlivé zberné í elektródy 10 skupiny B zberných elektród sú fixované báčikmi (na obrázku nie je naznačené) rozmiestnenými na nosnom ráme tak, aby viseli zvisle dolu. Výsledkom je_r že zberné elektródy 10 sa môžu voľne otáčať a kolísať. Reťaze tvoriace zberné elektródy 10 sú pripravené jednoduchým odrezaním komerčne dostupných reťazí na požadovanú dĺžku a pred ich upevnením nie sú potrebné žiadne zvláštne úpravy. Navyše, ak je to nevyhnutné, zberné elektródy 10 môžu mať fixované aj svoje dolné konce. Treba si všimnúť, že upevnenie horných a dolných koncov reťazí na nosný rám nebráni jednotlivým článkom 10a v relatívnom pohybe vo svojich spojených častiach.

Elektrostatický precipitátor s výbojovými elektródami 1, obsahujúcimi opísané špičky la pílovito zúbkovaných častí a zberné elektródy 10 vyrobené a reťazí umožňujú použitie korónového napätia približne 7 kV. Je to oveľa nižšie napätie ako napätie používané v elektrostatickom precipitátore podľa doterajšieho stavu techniky, ktorého typická hodnota je 15 kV, a teda je nutné počítať s vyšším prúdom. Navyše môžu polkruhové časti na okrajoch výbojových elektród 1 medzi špičky la pôsobiť tak, že nabitý prach odpudzujú do protismeru prúdenia plynu. Z hľadiska účinnosti elektrostatického precipitátora sú výbojové elektródy 1 rozmiestnené tak, že rozstup a zberných elektród 10 je približne dvakrát väčší ako medzera b výbojových elektród umiestnených ďalej v smere prúdenia plynu.

Prúdové intenzity (obr. 2) smerujúce od pílovito zúbkovaných špičiek la jednotlivých výbojových elektród 1 k povrchovým plochám zberných elektród 10 sú schematicky naznačené rôznymi druhmi šípok. Konkrétne hrubé šípky indikujú vysoké prúdy, tenké šípky indikujú nízke prúdy a prerušované šípky indikujú ešte nižšie prúdy.

Podobne hrubé, tenké a prerušované šípky nachádzajúce sa na obr. 3 indikujú prúdové intenzity ako na obr. 2.

Keď sa medzi výbojové elektródy 1 a zberné elektródy 10 privedie vysoké napätie, vzniká medzi nimi korónový výboj a z výbojových elektród 1 tečie prúd na zberné elektródy 10, ako to ukazujú obr. 2 a 3. Pretože reťaze v úlohe zberných elektród 10 majú komplikovaný trojrozmerný tvar, ľahko vzniká nehomogénne elektrické pole. Navyše sú niektoré povrchové časti zberných elektród 10 ovplyvnené výbojovým prúdom z niekoľkých výbojových elektród 1, takže pozdĺž zvlnení reťazí vzniká prúd, ktorého intenzita je prevažne homogénna, ako ukazuje obr. 4. Keď sa do elektrostatického precipitátora zavedie plyn obsahujúci prach, ako naznačuje šípka na obr. 1, prach nachádzajúci sa v plyne sa počas svojho prechodu medzi prvou skupinou A výbojových elektród a prvou skupinou B zberných elektród nabíja. Nabitý prach potom zachytávajú zberné elektródy 10. Pretože v reťaziach výrazne prevláda priemerná prúdová intenzita, prach sa zachytáva, ako ukazuje obr. 5, na celom povrchu reťazí, od vrchných až po spodné časti, prevažne rovnomerne. Ako ukazuje obr. 6, prach sa hromadí tak, že vypĺňa vnútorné časti článkov 10a. Navyše sa jednotlivé články 10a, tvoriace reťaze môžu kolísať (pohybovať dopredu i dozadu), takže ich plyn prúdiaci zariadením ľahko otočí. Výsledkom je, že zberné elektródy 10 vlastne nemajú žiadnu zadnú či „závetemú“ stranu a prach sa usadzuje zo všetkých strán reťaze.

Vďaka opísanému rozloženiu prúdovej hustoty a faktu, že zberné elektródy 10 majú zložitý trojrozmerný tvar, sa zachytený prach nehromadí v hrubých vrstvách. Keďže sa články 10a môžu voľne kolísať, ich vzájomné pozície sa posúvajú a nahromadený prach z povrchu reťazí v dôsledku toho opadáva. Padanie zachyteného prachu zo zberných elektród 10 je navyše spôsobené nielen kolísavými pohybmi reťazí, ale aj otrasmi, ktoré vyvolávajú iskrové výboje z výbojových elektród 1 na zberné elektródy 10. Výsledkom je, že neexistuje potreba špeciálneho odstraňovania prachu pomocou oklepávacieho zariadenia.

Predkladaný vynález, ak je konštruovaný podľa doterajšieho opisu, má výhody, ktoré sú opísané v nasledujúcom texte. Pretože vo fúnkcii zberných elektród môžu byť použité akékoľvek na trhu dostupné reťaze, ktoré si nevyžadujú na tento účel žiadne dodatočné úpravy, cena a čas potrebný na výrobu elektrostatického precipitátora sa výrazne redukujú.

Navyše je v elektrostatickom precipitátore podľa predkladaného vynálezu hmotnosť elektród znížená na 30 až 40 % oproti hmotnosti klasických zberných elektród v tvare platní. Navyše, nakoľko reťaze majú zložitý trojrozmerný tvar, rozstupy medzi výbojovými elektródami a zbernými elektródami sa na rôznych miestach pozdĺž elektród menia, takže sa ľahko vytvára nehomogénne elektrické pole. V dôsledku koncentrácie prúdu sa môže zvýšiť prúdová hustota. Ďalej, pretože reťaze sú stereoskopické a ich čelné plochy sa natáčajú do rôznych smerov, reťaze sú schopné prijímať výbojový prúd z viac ako jednej výbojovej elektródy a prúdová hustota ako celok je v jednotlivých čelných plochách reťazí zvýšená. Výsledkom je, že reťaze majú pozdĺž svojho zvlneného povrchu komplikované rozloženie vysokej prúdovej intenzity. Výsledkom všetkých týchto faktorov je, že elektrostatický precipitátor má vysokú schopnosť zachytávania prachu. Pretože sú reťaze zavesené tak, že sa môžu kolísať, ich články môžu voľne meniť svoje vzájom né pozície a v dôsledku tlaku upravovaného plynu vibrujú, takže nahromadený prach pôsobením vibrácií ľahko opadáva. Výsledkom je, že sa vysoká schopnosť zachytávania prachu udržiava po dlhý čas, a to bez potreby odstraňovať prach prostredníctvom oklepávacieho zariadenia alebo podobného mechanizmu.

Navyše, tým že sa v predkladanom vynáleze skupiny zberných elektród a skupiny výbojových elektród zoradia do poľa stupňov usporiadaných pozdĺž smeru prúdenia plynu, susedné elektródy navzájom na seba vplývajú a zvyšujú tak schopnosť zachytávania prachu elektrostatického precipitátora, takže elektrostatický precipitátor môže mať malé rozmery.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrostatický precipitátor, riešený s aspoň jednou skupinou (B) zberných elektród, ktorá pozostáva zo zberných elektród (10) usporiadaných v rovine a vzdialených od seba v rovnakej vzdialenosti, a s aspoň jednou skupinou (A) výbojových elektród, ktorá pozostáva z plochých pozdĺžnych výbojových elektród (1) z obdĺžnikových plochých dosiek, ktoré majú časti tvaru pílových zubov so špičkami (la) na svojom vstupnom a výstupnom okraji, usporiadaných v rovine v podstate rovnobežnej s rovinou aspoň jednej skupiny (B) zberných elektród, pričom výbojové elektródy (1) každej skupiny (A) výbojových elektród sú od seba vzdialené v rovnakej vzdialenosti a sú usporiadané proti sebe vzájomne rovnobežne a v podstate rovnobežne so smerom prúdenia plynu, ktorý prúdi elektrostatickým precipitátorom, vyznačujúci sa tým, že každá zberná elektróda (10) je tvorená reťazou pozostávajúcou z článkov (10a).
2. 2. Elektrostatický precipitátor podľa nároku (vyznačujúci sa tým, že každá zberná elektróda (10) je zavesená pohyblivo na ráme, pričom každá zberná elektróda (10) je pohyblivá proti aspoň jednej skupine (A) výbojových elektród v závislosti od pohybu plynu prúdiaceho elektrostatickým precipitátorom.
3. 3. Elektrostatický precipitátor podľa nároku 2, vyzná č u j ú c i sa tým, že dolný koniec každej zbernej elektródy (10) je pripojený k rámu.
4. 4. Elektrostatický precipitátor podľa nároku (vyznačujúci sa tým, že články (10a) každej reťaze sú pohyblivé proti sebe navzájom.
5. 5. Elektrostatický precipitátor podľa nároku (vyznačujúci sa tým, že každá zberná elektróda (10) má nerovnomernú povrchovú plochu, takže veľkosť vzdialenosti medzi povrchovou plochou a susednými výbojovými elektródami (1) sa meni v závislosti od polohy povrchovej plochy na zbernej elektróde (10).
6. 6. Elektrostatický precipitátor podľa nároku (vyznačujúci sa tým, že skupina (B) zberných elektród je usporiadaná pred najprednejšou skupinou (A) výbojových elektród v smere prúdenia plynu.
7. 7. Elektrostatický precipitátor podľa nároku 6, vyzná č u j ú c i sa tým, že aspoň jedna skupina (B, A) zberných a výbojových elektród je upevnená na ráme striedavým spôsobom v smere prúdenia plynu.
8. 8. Elektrostatický precipitátor podľa nároku (vyznačujúci sa tým, že vzdialenosť (a) medzi zbernými elektródami (10) každej skupiny (B) zberných elektród je väčšia ako vzdialenosť (b) medzi výbojovými elektródami (1) za ňou nasledujúcej skupiny (A) výbojových elektród.