CC BY
11
УДК 66.07
А. Н. Подрезов, В. Д. Сандаков, И. М. Валеев, Ю. Н. Зацаринная
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СРЕД ОТ NOx И SO2
Ключевые слова: моделирование процесса конверсии NOx и SO2, устройство очистки газовых сред, повышение эффективности очистки.
В статье рассматривается эффективное устройство очистки газовых сред, смоделирован процесс конверсии в поле стримерной короны, получены экспериментальные данные по очистке газов от NOx и SO2.
Keywords: purification device atmospheres, the source of pulsed voltage, the conversion of NOx and SO2, improving cleaning efficiency.
The article discusses effective gas purification device environments modeled conversion process in the streamer corona, obtained experimental data on gas cleaning from NOx and SO2.
Проблема очистки атмосферы отходами промышленного производства является актуальной и существенной для обеспечения экологической безопасности нашей страны.
Основным недостатком известных электроочистителей газовых сред является сложность конструкции их комбинированной ионизационной камеры, сложность процесса управления окислительно-восстановительной
реакцией, и, следовательно, низкой эффективностью процесса очистки.
Наши работы по применению новых технологий очистки газовых выбросов от МОх и 8О2, основанные на применении импульсной короны, показали ее перспективность и актуальность [1, 2].
В настоящей статье приводится моделирование процесса очистки газовых выбросов от МОх и 8О2 с использованием разработанного устройства очистки газовых сред [3].
Наши исследования показывают, что основными параметрами технологического процесса очистки являются: концентрация веществ в объёме реакционной камеры, плотность энергии, скорость реакции, энергия импульса микроразряда и его частота. Причем, первоначальная наработка в газе радикалов и химически активных частиц, таких как О, О3, ОН-, Н2О2 и т.д., имеет существенное значение для конверсии. Наработанные химически активные частицы взаимодействуют с оксидами азота и диоксидами серы, окисляя, разлагая или преобразуя их в продукты (кислоты и соли), сравнительно просто удаляемые из газа.
Моделирование процесса конверсии после образования радикалов для газов МОх и 8О2 выражается формулой:
VV2^kjX¡][Xj]
d[Xj dEn
j
ЕР
где [Ху] - концентрации веществ [см /(моль*с)] в объёме реакционной камеры V [см3]; Бс - плотность энергии [Дж/см3]; к1} - коэффициент скорости реакции [см3/моль*с]; Бр - энергия импульса микроразряда [Дж/импульс]; / - частота микроразрядов [импульс/с].
Разработанное нами устройство позволяет обеспечить высокую степень очистки газовых сред, с озонированием атмосферного воздуха, в неоднородном электрическом поле коронного разряда с источником высокого напряжения (5^15 кВ).
Рис. 1 - Устройство очистки газовых сред: 1 -Источник высокого напряжения; 2 - Положительный электрод; 3 - Отрицательный электрод; 4 - Диэлектрическая реакционная камера; 5 -Входной канал; 6 - Выходной канал; 7 - Миллиамперметр; 8 - Киловольтметр; 9 - Электропроводящие иглы положительного электрода
Технический результат достигается тем, что в устройстве очистки газовых сред (рис.1), содержащем источник высокого напряжения 1, к положительному и отрицательному полюсам которого подключены соответственно положительный 2 и отрицательный 3 электроды, помещённые в диэлектрическую реакционною камеру 4, имеющей входной канал подачи газовой среды 5, загрязненной вредными примесями, и выходной канал очищенной газовой среды 6, согласно разработанному устройству, положительный и отрицательный электроды выполнены в виде металлической сетки. При этом на обращенных друг к другу плоскостях положительного и отрицательного сеточных электродов перпендикулярно установлены электропроводящие иглы, причем на отрицательном сеточном электроде (рис. 2) дополнительно установлены электропроводящие иглы с возможностью регулирования по длине, а
входной канал подачи газовой среды, загрязненной вредными примесями, выполнен со стороны размещения отрицательного сеточного электрода.
Положительный и отрицательный электроды расположены друг от друга на расстоянии 10^50 мм, радиус острия электропроводящих игл равен 30 мкм, а их длина равна 10^20 мм, при этом длина дополнительно установленных электропроводящих игл равна 1СН-40 мм.
Вид А
мости изменения концентрации газов N0 и 802 в поле стримерного разряда. Как видно из (Рис. 3), конверсия происходит в начальный момент реакции (до 10 с.). Анализируя результаты, следует отметить высокую эффективность процесса удаления 802 и N0 и соответствие теоретических представлений данным эксперимента (рис. 3).
50?
Теоретическая модель О- ■ Результаты эксперимента
Теоретическая модель Результаты эксперимента
102030
Время (с)
Рис. 2 - Отрицательный электрод: 10 - Электропроводящие иглы отрицательного электрода; 11
- Электропроводящие иглы отрицательного электрода, регулируемые по длине
Поток газовой среды поступает через входной канал 5 в диэлектрическую реакционную камеру 4 со стороны отрицательного сеточного электрода 3. За счет установленных игл 9, 10, 11 обеспечивается неоднородное электрическое поле со средней напряженностью 6кВ/см.
Причем, регулируя межэлектродное расстояние с изменяющимися по длине иглами 11, достигается повышение концентрации радикалов и химически активных частиц О, О3, ОН-, Н2О2, что эффективно отражается на процессе конверсии NOx и SO2.
Импульсный источник высокого напряжения создает условия, при которых эффективно будут вырабатываться химически активные частицы при минимальном потреблении энергии от источника, а именно:
1) длительность импульса высокого напряжения, необходимого для образования головки стримера - 9 - 15 нс, что не допускает перехода стримерного разряда в искровой;
2) большой диапазон регулируемой напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве;
3) регулирование конверсии частотой импульсов (задержка между двумя микроразрядами -0,06 мкс, что меньше времени распада радикалов (10
- 100 мкс)) [4] .
Посредством использования вышеописанного устройства были получены временные зависи-
© А. Н. Подрезов - асс. каф. электрических станций им. В.К.Шибанова КГЭУ, [email protected]; В. Д. Сандаков - аспирант той же кафедры; И. М. Валеев - д.т.н., проф. той же кафедры; Ю. Н. Зацаринная - канд. тех. наук, доц. той же кафедры, доц. каф. автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ.
© A. N. Podrezov- assistent of department «Electric Stations of V.K. Shibanov» KPUS, [email protected]; V. D. Sandakov -graduate the same Department; I. M. Valeev - Doc. Tech. Sci., professor of the same Department; Ju. N. Zatsarinnaya - PhD, Associate Professor, of the same Department, Associate Professor, Department of Automated systems for the collection and processing of information КЖШ.
Бремя (с)
Рис. 3 - Теоретические и экспериментальные данные процесса удаления SO2 (а) и NOx (b)
Таким образом, достоинством предлагаемого устройства является относительная простота конструкции, не требующая специальных регулирующих устройств для контроля концентрации радикалов и активных химических частиц, а также простота обслуживания, без снижения эффективности обработки газовых сред.
Литература
1. И.М. Валеев, А.Н. Подрезов, В. Д. Сандаков, Энергетика Татарстана, 35, 3-4, 81-83, (2014)
2. И.М. Валеев, А.Н. Подрезов, Известия вузов. Проблемы энергетики, 9-10, 107-111, (2012)
3. Пат. РФ. №144782 (2014)
4. S.A.Nair, Corona plasma for tar removal. Proefschrift, Eindhoven, 2004, P. 47-51
