NO753143L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt elektrostatiske utfellingsinnretninger for utskillelse av partikler av fast eller halvfast art, likesom giftige komponenter, fra luft eller andre, forurensede, gassformede medier, og spesielt en multi-konsentrisk, elektrostatisk våt-utfellingsinnretning med stor driftskapasitet, hvilken innretning er selvrensende og tilpasset for effektiv funksjon i lange perioder uten ettersyn eller vedlikehold.

Økningen av luftforurensningen i industrisentra og sterkt befolkede byer er blitt et alvorlig problem over hele verden. I storbyområder tømmes store volumer forurensninger i luften fra fabrikker, kraftstasjoner, hoteller, bolighus og andre bygninger hvor det benyttes fyringssystemer, kjemisk be-handlingsutstyr, forbrenningsovner og andre innretninger med utslipp av forbrennings- og avfallsprodukter.

Det er kjent elektrostatiske våt-utfellingsinnretninger for reduksjon av fourensningen, hvor- forurensningsladede gasser, som avgassene fra en fyringsovn, forbrenningsovn eller industrielt utslipp, føres gjennom et ladet kammer, hvor gassene utsettes for et elektrostatisk felt, som ioniserer partiklene og fører til at de migrerer fra en utladningselektrode til en samle-elektrbde, som kan være flat eller rørformet. Derved trekkes partiklene ut av gasstrømmen. Ved vedvarende bruk vil partiklene ansamles på samleelektrodens overflate og andre utsatte flater. Det er derfor nødvendig å rense konstruksjonen med korte inter-va llér. Dette nødvendiggjør avstengning av utfellingsinnretningen, slik at de sammenkittede partiklene kan skrapes av flatene eller det kan benyttes rensing ved vibrasjon, banking eller spyling. Den konvensjonelle, elektrostatiske installasjon kan således ikke fungere uavbrutt, men må etterses med forholdsvis korte inter-valler.

Det er kjent elektrostatiske våt-utfellingsinnretninger, hvor samleflåtene består av ensartede vannhinner, som fjerner partiklene. Utfellingsinnretninger av denne type er i stor utstrekning selvrensende. Fordi de er vedlikeholdsfrie,

er de spesielt velegnet til utfelling av sammensatt, findelt materiale av det slag, som oppstår i enkelte kjemiske anlegg,

i boligblokker og kommunale forbrenningsovner. De kan også med fordel tas i bruk til utskillelse av radioaktive partikler fra. luften ved radioaktivt nedfall, idet partiklene da vil føres bort av samlevæsken som kan lagres på et trygt sted eller renses.

Ifølge foreliggende oppfinnelse foreslås en våt-utf eilingsinnretning som består av konsentrisk anordnede indre og ytre rør som begrenser en enkelt, vertikalt forløpende gasspassasje, hvorved det fremkalles en nedadstrømmende væskehinne på de rørflater som begrenser passasjen. Det opprettes en høy spenning mellom en utladningselektrode montert i passasjen og væskehinnene, som funksjonerer effektivt som saraleorganer, hvorved forurensningsstoffer i en gasstrøm, som ledes gjennom passasjen, ioniseres og bringes til å migrere mot samlehinnene for å føres nedover med disse for tømming, mens en ren gass trer ut av passasjens øvre ende.

Skjønt væsken har en naturlig tendens til å skalle av de rørflater som begrenser passasjen, særlig ytterflaten på det indre rør, vil en innløpsventuri-åpning, gjennom hvilken den gjennomstrømmende gass mates inn i-nedre passasje-ende, føre til ekspansjon av gassen, slik at den ekspanderende gass beveges i motstrøm mot den nedadstrømmende væskehinne og presser væsken mot rørflatene..Derved opprettholdes en jevn hinne på rørflåtene som fremmer effektiv utfelling.

Når man prøver å utvide driftskapasiteten av en våt-utfellingsinnretning av den type som er beskrevet ovenfor, kan dette ikke uten videre gjennomføres ved en økning av diametrene av det indre og det ytre rør. Skjønt en økning av de radiale tverrsnittsdimensjoner av den ringformede passasje vil øke hele passasjens volum og følgelig konstruksjonens driftskapasitet, med-fører dette også en økning av spenningsbehovet ut over de opti-male verdier. Den nødvendige spenning for opprettelse av elektro statisk utfelling bestemmes av avstanden eller luftspalten mellom utladningselektroden og samlehinnene, og hvis denne avstand, som svarer til kanalens radiale dimensjon, øker for økning av systemets kapasitet, kan spenningskravet samtidig Økes godt og vel ut over de praktiske grenser.

En innlysende måte å øke systemets kapasitet uten forandring av de radiale dimensjoner av gasspassasjen, er å opp-rettholde en gitt avstand mellom indre og ytre rør, mens deres diametre økes. Hvis det således dannes en liten utfellingsinnretning av et indre rør med en diameter på ca.. 101 cm og et ytre rør med en diameter på ca. 127 cm, kan det utformes en større utfellingsinnretning ved bruk av rør med diametre på ca. 152 hhv. ca. 177 cm, idet den radiale dimensjon både i den lille og den større utfellingsinnretning er ca. 25,4 cm. Men når dimensjonene utvides på denne måte, økes det ubrukte volum i det indre rørs indre, slik at utfellingsinnretningens totale dimensjoner blir utilbørlig store med henblikk på driftskapasiteten.

Et hovedformål med foreliggende oppfinnelse er derfor

å tilveiebringe en forholdsvis kompakt elektrostatisk våt-utfellingsinnretning med stor driftskapasitet. hvor dødvolumet er redusert til et minimum.

Spesielt går oppfinnelsen ut på å tilyeiebringe en multikonsentrisk utfellingsinnretning utformet av konsentriske, ringformede kanaler, som alle har samme radiale dimensjon eller luftspalte, slik at de elektrostatiske spenningsbehov for hver kanal blir de samme.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en elektrostatisk våt-utfellingsinnretning med en effektiv og på-litelig utformning, som kan konstrueres med forholdsvis lave om-kostninger og drives i lange perioder uten behov for ettersyn og vedlikehold.

De nevnte formål oppnås i korthet med en utfellings-inhretning hvor konsentriske, ringformede passasjer med samme radiale dimensjoner begrenses av en rekke vertikalt og konsentrisk anordnede rør med progressivt økende diametre, idet indre og ytre flater av nærliggende rør i rekken danner begrensningene av de ringformede strømningspassasjer med nedadstrømmende, jevne væskehinner, som utformes på dem. I hver passasje er det anordnet en utladningselektrodeholder eller -struktur, idet det påtrykkes en høy spenning mellom utladningselektrodene og tilordnede væskehinner, som virker som samleorganer, slik at forurensninger i en oppadgående gasstrøm i passasjene ioniseres og migrerer mot væske-hinnene for å føres nedover av disse for tømming, mens gassen trer ut av passasjenes Øvre ender, fri for forurensningsstoffer.

Ved en utfellingsinnretning ifølge foreliggende oppfinnelse vil innretningen, fordi forurensningsstoffene fjernes av en tynn, jevn væskehinne. samtidig kunne' fungere som kjemisk reaktor for fremstilling av verdifulle forbindelser som kan ut-skilles som biprodukter ved avgass-rensingen. Væskene kan være sure*alkaliske eller ha andre ønskede kjemiske egenskaper, slik at det utskilte, findelte materiale, som kommer i kontakt med væskehinnen. kan danne en verdifull forbindelse. Det kan videre sprøytes inn damp, tåke, aerosol eller partikler i gasstrømmen ved venturi-halsen, slik at gassenes egenart forandres og gassene i enkelte tilfelle omdannes til findelt stoff som kan felles ut for å kombineres til Ønskede, kjemiske forbindelser, når det. støter mot en væskehinne av samleelektroder.

En utfellingsinnretning ifølge oppfinnelsen har således tre hovedformål: 1) begrense luftforurensning, 2) modi-fisere gasstrømmens art og 3) kombinere findelt materiale med væsker som vasker samleelektrodene, til nyttige og verdifulle, inntektsgivende biprodukter.

Oppfinnelsen, likesom andre formål og ytterligere trekk ved denne vil fremgå tydeligere av nedenstående, detaljerte beskrivelse av noen utførelsesformer som er gjengitt i tegningen, hvor

fig. 1 viser et skjematisk snitt gjennom en foretrukket utførelsesform av en elektrostatisk våt-utfellingsinnretning ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 er et oppriss av utfellingsinnretningen ifølge fig. 1.

fig. 3 viser enkelte detaljer ved samlerør-strukturen i snitt,

fig. 4 er et oppriss av samlerør-strukturen som vist i fig. 3-

fig. 5 viser en av korrugeringene som inngår i samle-rør-strukturen som vist i fig. 4»

fig. 6 illustrerer hvordan ledeplate-dekslet er av-støttet over en samlerør-struktur.

fig. 7 viser en alternativ form av en samlerør-struktur,

fig. 8 er et sideriss av en modifisert form av en elektrostatisk våt-utfellingsinnretning ifølge oppfinnelsen,

fig. 9 er et oppriss av fig. 8,

fig. 10 er et snitt gjennom en av utladningselektrode-støttene som vist i fig. 9?

fig. 11 er et oppriss av filteret som inngår i fig.

10 og

fig. 12 viser en modifisert form for samlerør-struktur,

som kan varmes eller kjøles.

I figurene 1 og 2 er det vist en foretrukket utførel-sesform av en våt-utfellingsinnretning med multi-konsentrisk konstruksjon, som omfatter tre konsentrisk anordnede rør 10,11 og 12 med progressivt økende diameter, hvilke begrenser to konsentriske, ringformede gasskanaler eller passasjer A og. B, med like, radiale dimensjoner eller tverrsnittsbredder.

Rørene er vertikalt anordnet. Innløpet for den gass-strøm som skal renses, befinner seg i nedre ende og gassutløpet er ved øvre rørende. Skjønt det er vist et system med to konsentriske kanaler, er det innlysende at systemet kan utvides til tre eller flere konsentriske kanaler, som alle har samme radiale dimensjoner, hvorved driftskapasiteten av systemet økes sterkt uten dødrom og uten at spenningsbehovet økes, idet luftspalten forblir konstant.

Rørene 10, 11 og 12 har dobbeltvegget eller hul konstruksjon for å gi rom til røropplegg for væsketilførsel til rørene. Et ledningssett 13 fører vann eller en annen ønsket væske gjennom rørenes indre til øvre rørender., hvor væsken støter på ringformede, konkave skjermer eller ledeplater 14, 15 og 16, som er anordnet noe ovenfor de øvre rørender og tilpasset slik at væsken som støter mot dem, ledes ned langs rørveggene. Anordningen er slik at ledeplaten 14-. som bare er åpen på en side, bare leder væske til utsiden av røret 10, mens ledeplaten I5, som er åpen på begge sider, påvirker væsken, slik at den flyter både på innsiden og utsiden av røret 11, og ledeplaten 16, som bare er åpen på en side, leder væsken til innsiden av røret 12. .' Væsken som renner ned langs disse flater, strømmer inn i en ledning 17, som fører forurenset væske til et utløpsrør eller en passende beholder, hvis væsken inneholder verdifulle biprodukter. Rørflåtene som begrenser passasjene A og B får således hinner av væske som virker som samleelektroder.

Det skal bemerkes at ferskvannsledningen 13 forløper i ledningen 17 for den forurensede væske, som i sin tur forløper

i en ledning 18, som tilfører fiitrert luft til inngangsklemmen 19 for renseenheten 20 for utladningselektrodens støtte 21, for

å hindre at denne forurenses. Denne renseenhet omfatter aerodyna-miske ribber av den type som er omtalt i søkerens patentskrift 3.238.702 og spesielt i forbindelse med fig. 4, 5, 6 i nevnte patentskrift. Anordningen er slik at luften rettes i tvinges i syklonform mot den utsatte flate av den isolerende støtte for fjernelse av avleiringer og smuss fra denne, slik at støtten beholder sine isolerende egenskaper.

Støtten 21 er en isolerende stav, hvor det på toppen er festet en ledende arminnretning 22 utformet av tre horisontale utkragerarmer 22A, 22B og 22C, fra hvilke det henger to sylindriske bur eller utladningselektrode-strukturer. Utlådningselektrode-strukturen 23 er anordnet i kanalen A, mens tilsvarende struktur 24 er anordnet i kanal B.

En høy spenning av passende verdi tilføres av en like-strømskilde 25. En side av kilden er via ledningen 26 forbundet med inngangsklemmen 19, som er elektrisk forbundet med arminnretningen 22 og følgelig med utladningselektrode-strukturene. Den andre siden av kraftkilden 26 er jordet ved 27, likesom vannfor-syningen til samlerørene er jordet. Derved opprettes et elektrostatisk, f elt mellom væskehinnene som forer de ringformede passasjer A og 'B og de tilordnede utladningselektrode-strukturer 23 og 24..

Forurenset gass innføres ved bunnenden av passasjene A og B gjennom radiale Venturi-slisser 28 henholdsvis 29. Gassen utsettes for det elektrostatiske felt, som fører til at faste og halv-faste partikler i gasstrømmen blir ionisert og migrerer mot samlehinnene på overflatene av de rør som begrenser passasjene. Disse væskehinner fører det ekstraherte materiale ned langs ledningen 17 til et avløpsrør eller en beholder.

Venturi-slissene 28 og 29 fører til at gassen som trer inn i passasjene ekspanderer, slik at den ekspanderende gass strømmer oppad i motstrøm mot væskehinnene og presser væsken mot røroverflåtene. Derved dannes en jevn hinne på røroverflåtene og man unngår tørre flekker på flatene og hindrer at små væskedråper følger med gasstrømmen, hvilke væskedråper ellers kunne medføre gnistdannelse (arcing) eller andre skadevirkninger.

For at utfellingsenhetens allsidighet skal økes,

når det gjelder produktgjenvinning, er utfellingsinnretningen ut-styrt med sirkulære, konsentriske ledninger Jlk, som står i forbindelse med vertikale rør Jl. Det er anordnet en beholder J2.,

som inneholder en kjemisk forbindelse eller en gass som inneholder ønskede aerosoler. Disse kjemiske forbindelser eller aerosoler pumpes av en hensiktsmessig væske- eller gasspumpe J2. inn i ledninger J1A og sprøytes av de vertikale rør inn i gasstrømmen ved inngangen til venturi-slissene. Om nødvendig, kan de, væskeformede forbindelser forstøves gjennom passende dyser ved øvre ende av de vertikale rør 31.

De forstøvede, kjemiske stoffer eller aerosoler skal blandes med avløpsgassene for opprettelse av en bestemt kjemisk reaksjon. Dette biprodukt utfelles i sin tur i væskehinnen med bestemte kjemiske egenskaper på samleelektrodene for opprettelse av en sekundær, ønskelig kjemisk reaksjon. Ammoniumgass kan f.eks. ikke utfelles - men hvis en tåke av saltsyre sprøytes gjennom de vertikale rør 31 inn i ammoniakkladet gass, som passerer gjennom passasjene, vil.den forstøvede saltsyre reagere med ammoniakk og. danne ammoniakk-hydroklorid, hvilket er et fast stoff og således kan utfelles.

Ammoniakk-hydroklorid, som er oppløselig i vann, tømmes deretter.gjennom ledningen 17 i en passende beholder for markeds-føring. Det er også mulig å tilmåle saltsyremengden slik at lukten av ammoniakk og klor nøytraliseres. Således kan utfellingsinnretningen med fordel benyttes ved kunstgjødselanlegg, som del-vis er kjent for sitt utslipp av ammoniakkgasser som virker øde-leggende på dyre- og planteliv. Når man således benytter seg av forskjellige kjemiske komposisjoner i'den væske som vasker samleelektrodene, og av innsprøytning av forskjellige kjemiske forbindelser og aerosoler, kan utfellingsinnretningen benyttes som et kjemisk anlegg, hvor kjemiske forbindelser og aerosoler kombineres med det utfelte stoff for dannelse av verdifulle materialer

som lett kan gjenvinnes og markedsføres.

Ettersom det her dreier seg om en elektrostatisk våt-utfellingsinnretning, hvor væsken virker som samleelektrode, kan rørene 10, 11 og 12, som danner den støttende struktur for samleelektrodene, bestå av et valgfritt materiale med passende strukturelle egenskaper, uavhengig av om det er av isolerende eller ledende art. Dog foretrekkes materialer med porøs egenart og en høy grad av fuktbarhet.

I fig. 3 er det vist en foretrukket form av et samle-rør, hvor samleftlektroden 10 omfatter to konsentriske, sylindriske vegger 10A og 10B, med en slik relativ diameter at det dannes en mellomliggende sliss 10C, gjennom hvilken væske kan innføres i trauet 10D øverst i samle-elektrodestrukturen. Til avstivning av systemet kan det festes vertikale baner W på innerflatene av veggene 10A og 10B, som vist i fig. 4'Når væsken tilføres gjennom trauet 10D, renner det over lepper 10E og 10F på hver side av trauet for dannelse av en hinne F, mot hvilken findelt materiale støter under påvirkning av det høye potensiale som påføres utladningselektroden. Denne væskehinne passerer mellom veggene for samleelektrodestruktu-ren og venturi-åpningen 28 til avløpsledningen 17 som i fig. 1. Væsken kan tilføres systemet enten direkte gjennom slissen 10C, eller som vist i fig. 4°g 5-gjennom det korrugerte innlegg Co i slissen 10C for ytterligere regulering av væskevolumet.. For opprettelse av en sirkulær bevegelse av vannet i trauet 10D kan korrugeringene.Co forløpe på skrå som i fig. 5'

Alternativt kan væsken tilføres gjennom rekken av vertikale rør St. som vist i fig. 6. Der disse vertikale rør nærmer seg trauet, kan de være bøyd tilnærmet i rett vinkel for å utstøte vann horisontalt i fordypningene 10G og 10H, slik at<y>annet roterer i trauet 10D. Disse korrugeringer og vertikale rør er anordnet slik at de kan fjernes for rengjøring. For at ettersynet skal reduseres til et minimum, er både korrugeringene og de vertikale, rør dog fremstilt av materialer som plast, nylon eller teflon, på hvilke kalsium og andre findelte stoffer i vannet ikke vil klebe. Slissen 10C og trauet 10D kan være foret med lignende materiale i samme øyemed.

Gassen passerer med stor hastighet gjennom utfellingsinnretningen, og en konkav, sirkulær, soppformet ledeplate 15 er anordnet øverst på samleelektroderøret. Denne ledeplate er av- støttet på røret ved.hjelp av braketter 30» som vist i fig. 7»Brakettene har strømlinjeformet tverrsnitt for at de skal få

minst mulig forstyrrende virkning på væskens sirkulære strømning. Denne soppformede ledeplate hindrer væskehinnen fra å bli skrelt

av leppene 11E og 11F av de hurtigstrømmende gasser. Når en soppformet ledeplate henholdsvis et soppformet deksel benyttes,

er det mulig å presse væsken gjennom slissen 10C under tilstrekke-lig trykk, slik at væsken rammer innerflaten av dekslet og spruter til sidene for dannelse av en væskehinne på samleelektrodene.

For at dannelsen av en slik hinne skal lettes, har det soppformede deksel 15 en innadbøyd "leppe 15A ved underkanten, som vist i fig.

3, slik at væsken ledes mot samleelektroden. Det soppformede deksel av ytterste samleelektrode er stivt festet til et punkt,

på ytterflaten av samleelektrode-strukturen, slik at væsken bare renner ned langs innerveggen av nevnte samleelektrode-struktur.

Fig. 8 og 9 .illustrerer en annen utførelsesform av

en multi-konsentrisk våt-utfellingsinnretning, som hovedsakelig avviker fra den som er vist i fig. 1 og 2 ved den måte hvorpå arminnretningen 22 for utladningselektrodene er avstøttet. I fig. 1 og 2 er arminnretningens støtte anordnet i sentrum av arminnretningen. mens denne innretning ifølge fig. 8 og 9 er avstøttet ved endene av armene 22A, 22B og 22C ved støttesøyler 21A, 21B og 21C, som befinner seg utenfor ytre omkrets av ytterste samlerør 12 og er forsynt med renseorganer som svarer til de tidligere viste.

I renseinnretningen, som tydeligst vist i fig. 10 og 11, suges omgivende luft gjennom et filter 33»på- hvilket den isolerende søyle 21A er montert. Filteret består av skråstilte vinger 34 f°r dannelse av en syklon-luftstrømning, som av statorer rettes mot søylen. Sugekraften fremkalles av gassens oppadstrømning gjennom utfellingskanalene, hvilken oppretter et vakuum og således tenderer til å trekke inn omgivende luft gjennom de eneste til-gjengelige innløp, dvs. filterets.

Det skal også bemerkes at ettersom det ikke lenger foreligger en isolerende søyle i midten av den konsentriske rør-konstruksjon. kan dette rom utnyttes til utfelling som en rørfor-met gasspagsasje C. En utladningselektrode-stav 35 henger fra arm-.. innretningen, koaksialt i passasjen C og ledeplaten 14 øverst i det midtre rør 10 er i dette tilfelle anordnet slik at det dannes en vannhinne både på' innerflaten og på ytterflaten, slik at det opprettes en samleinnretning både for passasjen C og passasjen A.

Ettersom denne våt-utfellingsinnretning skal benyttes

til behandling av hete gasser, må samleelektrodene avkjøles, slik at 'for sterk væskefordampning hindres. Omvendt kan enheten benyttes i kaldt klima, hvorved samleelektrodene må oppvarmes, slik at væskehinnen ikke fryser. For dette formål er det, som vist i fig. 12, enten i slissen 10C eller i veggene 10A og 10B for samle-rdrelektrodene anordnet spiraler 36 som enten fører en frysevæske til kjøling eller hete væsker til oppvarming av konstruksjonen.

Disse rørspir.aler er koplet til passende rør 37.- som forløper gjennom støtterammen til et fryse- eller fyringsanlegg 38.. Alternativt kan det anordnes varmeelementer i et system, parallelt med frysespiralene, for at væsken på samleelektrodene ikke skal fryse. Under forhold med noe skiftende temperaturer kan væsken som danner hinnen på samleelektrodene varmes henholdsvis kjøles på forhånd.

Skjønt det er vist og omtalt foretrukne utførelses-former av multi-konsentriske, elektrostatiske våt-utfellingsinnretninger ifølge oppfinnelsen, kan det selvsagt foretas en rekke forandringer og modifikasjoner innenfor oppfinnelsens ramme slik den er angitt i kravene. De konsentriske gass-passasjer må således ikke ha samme radiale dimensjoner for dannelse av identiske luft-spalter. Det er også mulig å anordne passasjer med ulike radiale dimensjoner så lenge den spenning som påtrykkes utladningselektrodene i spalten er tilpasset spaltedimensjonehe.

Claims (2)

1. Elektrostatisk våt-utfellingsinnretning,karakterisert vedat den omfatter (a) konsentrisk anordnede samlerør som begrenser minst en vertikalt forløpende, ringformet gasspassasje.

(b) organer for opprettelse av nedad-strømmende væskehinner på de komplementære flater av nærliggende rør, hvilke hinner forer passasjen og derved danner væskeformede samleelektroder, (c) en utladningselektrode-konstruksjon anordnet i passasjen i avstand fra de væskeformede samle-elektroder, (d) innløp som omfatter en venturi-åpning for til-førsel av en forurenset gasstrøm til nedre ende av hver passasje for opprettelse av en ekspanderende gass som strømmer oppad gjennom passasjen i motstrøm mot væske-hinnene slik at hinnene presses mot flatene og derved forblir jevne, (e) organer for påtrykking av en høy spenning mellom utladnings-elektrodekonstruksjonen og de væskeformede samleelektrodene for ionisering av forurensningene i gasstrømmen som strømmer gjennom passasjen, slik at forurensningene migrerer mot de væskeformede samle-elektroder og gassen derved renses, og (f) utløp ved øvre ende av passasjen for tømming av den rensede gass.

2. Utfellingsinnretning som angitt i krav 1,;karakterisert vedat den omfatter en isolerende søyle til avstøtting av utladningselektroden og organer for spyling av søyleflaten med luft, slik at dennes isoleringsevne opprettholdes.