SU1031464A1

SU1031464A1 - Electromagnetic filter

Info

Publication number: SU1031464A1
Application number: SU823406729A
Authority: SU
Inventors: Александр Маркович Когановский; Юрий Владимирович Топкин; Надежда Михайловна Топкина
Original assignee: Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-07-30

Abstract

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР, аключаюи(ий рабочую камеру с размещен 1ой в ней ферромагнитной загрузкой. электромагнитную каТушку, расположен-f ную снаружи камеры, патрубки входа и выхода, о т л и ч а ю зд и и с тем, что, с целью повышени эффективности магнитного фильтровани и снижени удельного расхода электроэнергии, ка-. мера выполн«ца в виде тороида пр моугольного поперечного сечени , а ферромагнитна загрузка, выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных коль цевых пластин. 2. Фильтр по п. 1, о т л и. ч а ющ и и с тем,что отверсти в загрузке выполнены в шахматном пор дке. &amp;) С со о 41. ELECTROMAGNETIC FILTER, aklyuchayuy (iy working chamber with placed in it the first ferromagnetic loading. Electromagnetic coil, located-f outside the chamber, inlet and outlet nozzles, so that increasing the efficiency of magnetic filtration and reducing the specific energy consumption, the camera is made in the form of a toroid of rectangular cross section, and the ferromagnetic loading is made in the form of perforated annular plates installed parallel to each other in height of the toroid. 2. Filter by p.1, that is, with the fact that the holes in the load are made in a checkerboard pattern. &Amp; A) With 4

Description

Изобретение относитс к устройствам дл очистки среды (жидкой или га зообразной )от взвешенных феррома - нитных частиц и может найти применение в химической, металлургической, горнорудной, горнообогатительной и других отрасл х промышленности. Известен электромагнитный фильтр дл очистки жидкостей и газов от механических примесей, включающий источник магнитного пол и фильтрующий элемент, размещенный вокруг источника магнитного пол с образованием внешнего замкнутого контура. Фильтр содержит корпус, выполненный в виде двух разомкнутых симметричных половин, которые заполнены ферромагнитной загрузкой и с двух сторон при мыкают к сплошному сердечнику с размещенной на нем электромагнитной катушкой . При скорости фильтрации 23 см/с степень осветлени в таких фильтрах составл ет 70-90% СОНедостатком данного фильтра вл етс больша неоднородность намагни чивающего загрузку магнитного пол по объему рабочей камеры. Наибольшим магнитное поле будет в непосредствен ной близости от концов сердечника и наименьшим - на удаленных от него участках рабочей камеры. Кроме того, вследствие большего магнитного сопрр тивлени пористой загрузки по сравнению со сплошным сердечником и резкого излома силовых линий в месте примыкани частей рабочей камеры к сердечнику наблюдаетс рассеивание магнитного пол . Указанные недосТатки привод т к малой эффективности фильтровани при относительно больши скорост х потока очищаемой жидкости через фильтр. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату :К предлагаемому вл етс соленоидаль ный фильтр с загрузкой из стальных шариков, пред назначенный преимущественно дл очистки питательной воды паросиловых установок от окислов жел за, содержащий цилиндрический корпус заполненный ферромагнитной шариковой насадкой и катушку с электрической обмоткой дл возбуждени в насадке магнитного пол , расположенную снару жи корпуса. При пропускании тока через электромагнитную катушку шарики загрузки намагничиваютс и прит гиваютс друг к другу, образу в совокупности пористое единое тело, имеющее форму рабочей камеры фильтра, т.е. форму цилиндра (или пр моугольного стержн ) Согласно теории пол ризации ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, намагничиваетс . Его намагниченность определ етс не только напр женностью внешнего пол , проницаемостью вещества, из которого изготовлено тело, и пористостью этого тела, но также его формой и положением. Наведенные на теле свободные магнитные массы создают новое поле, ослабл ющее действие внешнего Дл тел конечной длины справедливы соотношени 1i Н - HO HO N3 где h - намагничивающее поле; Н внешнее поле; Н- - размагничивающее поле; N - размагничивающий фактор; D - намагниченность. Здесь N3 представл ет уменьшение индукции в теле конечной длины по сравнению с бесконеч o длинным или кольцевым образцом. У загрузки в виде цилиндра или стержн значение магнитной индукции на торцах меньше, чем в среднем сечении. Это различие тем больше, чем больше размагничивающий фактор, т.е. чем меньше отношение длины загрузки к ее поперечному размеру С.. Таким образом, фильтр соленоидального типа с ферромагнитной загрузкой в виде цилиндра или стержн пр моугольного сечени характеризуетс наличием рассе нных магнитных потоков . 1И неоднбродности намагниченности загрузки по длине фильтрующего канала, что приводит к уменьшению эффективности фильтровани и непроизводительным потер м электроэнергии. Цель изобретени - повышение эффективности процесса магнитного филь тровани и снижение удельного расхода (электроэнергии путем устранени рассто ни магнитного потока через загрузку ЭМФ, Поставленна цель достигаетс тем, что в электромагнитном фильтре, включающем рабочую камеру с размещенной в ней ферромагнитной загрузкой, элект ромагнитную катушку, расположенную снаружи камеры, патрубки входа и выхода , рабоча камера выполнена в виде тороида пр моугольного поперечного сечени , а ферромагнитна загрузка выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных кольцевых пластин. При этом отверсти 8 загрузке выполнены в шахматном пор дке. На фиг. 1 изображен предлагаемый фильтр, поперечный разрез;на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг.З график зависимости эффективности фильтровани от тока; на фиг. k то же, с учетом фона. Электромагнитный фильтр (ЭМЛ), предназначенный дл отделени железо содержащих активных углей от растворов , включает замкнутую рабочую камеру 1 Тороидальной формы с пр моугольным поперечным сечением с патрубками 2 входа и 3 выхода очищаемой суспензии. Снаружи камеры размещена тороидальна катушка k. Внутри камеры расположена ферромагнитна фильтрующа загрузка 5 в виде колец с отверсти ми 6. Фильтр работает следующим образом Подключают обмотку катушки k к ис точнику посто нного тока и пропускают воду со взвешенными в ней ферромагнитными частицами сквозь загрузку 5 фильтра Под действием магнитно го пол катушки кольца намагничиваютс , причем возле отверстий 6 возни кают области повышенного градиента магнитного пол . Именно в этих област х происходит извлечение ферромагнитных частиц из потока и их удер жание. Задержанные частицы накаплива ютс возле отверстий и частично в са мих отверсти х, которые можно рассма ривать как микроемкости дл задержан ных частиц. После пропускани некоторого объема суспензии через фильтр размагничивают загрузку путем отключени источника тока и вымывают из фильтра задержанные частицы дополнительным количеством воды. Загрузка фильтра в виде колец с отверсти ми позвол ет регулировать коэффициент заполнени рабочей камеры фильтра металлом в самом широком диапазоне. Отверсти загрузки из колец играют роль областей повышенного градиента магнитного пол подоб но тому, как в дискретной загрузке эту функцию выполн ют контакты отдельными частицами, В цел х увеличени задерживающей способности отдельного р да отверстий последние выполнены в шахматном пор дке Таким образом, в замкнутом фильтре с загрузкой тороидальной фор мы в виде пакета концентрических колец с отверсти ми все магнитное поле ,ocpeдoтoчeнo внутри рабочей камеры фильтра, а структура загрузки позвол ет использовать относительно высокие скорости фильтровани . Пример. Изготавливают лабораторную модель предлагаемого ЭМФ (фиг, 1 и . )о Рабоча камера ЭМФ 1, патрубки 2 входа и 3 выхода изготовлены из немагнитного материала (оргстекло ) Электромагнитна катушка k намотана медным проводом диаметром 1,2 мм с числом витков около 1000. Загрузка, представл юща собой пакет из п ти отсто щих друг от друга концентрических колец с отверсти ми, изготовлена из листа магнитно-м гкой стали тощиной 3 мм. Кольца соединены в пакет посредством шести стержней , расположенных перпендикул рно плоскости колец (не показаны ). Эти стержни, изготовленные из латуни, служат дл обеспечени посто нного и равного зазора между кольцами и придани всему пакету колец необходимой конструкционной жесткости. В каждом кольце выполнено по 90 отверстий диаметром мм. Отверсти располагаютс радиальными р дами, причем р д из трехотоерстий чередуетс с р дом из двух отверстий (шахматный пор док). Рассто ние между кольцами равно удвоенной их толщине. Дл сравнительного изучени эффективности и экономичности предлагаемой ;кольцевой конструкции ЭМФ был дополнительно изготовлен ЭМФ соленоидального типа. Катушка намагничивани дл соленоидального ЭМФ выполнена проводом того же сечени ,что и дл кольцевого ЭМФ, с тем же количеством витков и плотностью намотки, равной средней дл кольцевого ЭМФ. Длина загрузки соленоидального ЭМФ (377)мм равна средней длине окружности загрузки кольцевого ЭМФ. Объемы рабочих камер обоих фильтров равны см . Загрузка соленоидального ЭМФ предетаЬл ет собой пакет из п ти равноотсто щих параллельных пластин с от .версти ми. Ширина и толщина пластин :равна ширине и толщине колец предлагаемого ЭМФс Загрузки обоих фильтров изготавливают из стали одного сорта. Геометри отверстий и их число дл обоих фильтров одинаковы,-Таким образом , различие между фильтрами заключаетс лишь в форме рабочей камеры , загрузки, электромагнитной катушки И месте расположени патрубков :входа и выхода.The invention relates to devices for cleaning the medium (liquid or gaseous) from suspended ferromic particles and can be used in the chemical, metallurgical, mining, ore dressing and other sectors of the industry. A known electromagnetic filter for the purification of liquids and gases from mechanical impurities, comprising a source of a magnetic field and a filter element placed around the source of a magnetic field with the formation of an external closed loop. The filter includes a housing made in the form of two open-ended symmetric halves, which are filled with a ferromagnetic load and are pulled from two sides to a solid core with an electromagnetic coil placed on it. At a filtration rate of 23 cm / s, the degree of clarification in such filters is 70-90%. The bottom of this filter is a large non-uniformity of the magnetizing magnetic field loading over the volume of the working chamber. The largest magnetic field will be in the immediate vicinity of the ends of the core and the smallest - in areas of the working chamber that are far from it. In addition, due to the greater magnetic resistance of the porous load compared to a solid core and a sharp break in the lines of force, the dispersion of the magnetic field is observed in the place where the working chamber parts abut the core. These deficiencies result in low filtration efficiency at relatively high flow rates of the purified liquid through the filter. The closest in technical essence and the achieved result: The proposed is a solenoidal filter with a load of steel balls, designed primarily for cleaning feed water from steam power plants from oxides of gel containing a cylindrical body filled with a ferromagnetic ball nozzle and a coil with an electric winding to excite in the magnetic field nozzle located outside the case. When current is passed through an electromagnetic coil, the loading balls are magnetized and attracted to each other, forming in the aggregate a porous single body having the shape of a filter chamber, i.e. the shape of a cylinder (or a rectangular rod) According to the theory of polarization, a ferromagnetic body placed in a magnetic field is magnetized. Its magnetization is determined not only by the intensity of the external field, the permeability of the substance from which the body is made, and the porosity of this body, but also by its shape and position. Free magnetic masses induced on the body create a new field that weakens the effect of the external. For bodies of finite length, the following relations hold: 1i Н - HO HO N3 where h is the magnetizing field; H external field; H- - demagnetizing field; N is the demagnetizing factor; D is the magnetization. Here, N3 represents a decrease in induction in a body of finite length compared to an infinite o by a long or annular sample. At the load in the form of a cylinder or rod, the value of magnetic induction at the ends is less than the average section. This difference is greater, the greater the demagnetizing factor, i.e. the smaller the ratio of the length of the load to its transverse size is C .. Thus, a solenoidal filter type with a ferromagnetic load in the form of a cylinder or rectangular rod is characterized by the presence of scattered magnetic fluxes. 1And the inhomogeneity of the magnetization of the load along the length of the filter channel, which leads to a decrease in filtration efficiency and unproductive loss of electricity. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the magnetic filtration process and to reduce the specific consumption (of electric power by eliminating the magnetic flux distance through the loading of an EMF). The goal is achieved by the fact that in an electromagnetic filter including a working chamber with a ferromagnetic loading placed in it, outside the chamber, inlet and outlet nozzles, the working chamber is made in the form of a toroid of rectangular cross section, and the ferromagnetic loading is made in the form of parallel to each other along the height of the toroid of perforated annular plates. This loading hole 8 is made in a checkerboard pattern. Fig. 1 shows the proposed filter, a cross-section; Fig. 2 is the same, a longitudinal section; filtering from current; in Fig. k the same, taking into account the background. The electromagnetic filter (EML), designed to separate iron containing activated carbons from solutions, includes a closed working chamber 1 of a toroidal shape with a rectangular cross section with a pipe Amy 2 inputs and 3 output purified suspension. A toroidal coil k is placed outside the chamber. Inside the chamber there is a ferromagnetic filtering load 5 in the form of rings with holes 6. The filter works as follows. Connect the winding of the coil k to the direct current source and pass water with ferromagnetic particles suspended in it through the load 5 of the filter. Under the influence of the magnetic field, the coils of the ring are magnetized , moreover, regions of an increased magnetic field gradient arise near holes 6. It is in these areas that ferromagnetic particles are extracted from the flow and retained. The delayed particles accumulate near the holes and partly in the holes themselves, which can be considered as microcapacities for the delayed particles. After passing a certain volume of suspension through the filter, the charge is demagnetized by disconnecting the current source and the delayed particles are flushed out of the filter with additional water. Loading the filter in the form of rings with holes allows you to adjust the fill factor of the working chamber of the filter with metal in the widest range. Opening holes from the rings play the role of areas of an increased magnetic field gradient in the same way as discrete loading performs this function by separate particles. In order to increase the delaying capacity of an individual row of holes, the latter are performed in a staggered order. Thus, in a closed filter with loading the toroidal form in the form of a package of concentric rings with holes all the magnetic field, located inside the working chamber of the filter, and the structure of the load allows the use of relatively high filtration rate. Example. The laboratory model of the proposed EMF (FIGS. 1 and.) Is manufactured. Working chamber EMF 1, 2 inlets and 3 outlets are made of a nonmagnetic material (plexiglas). Electromagnetic coil k is wound with a copper wire of 1.2 mm in diameter with about 1000 turns. consisting of a package of five concentric rings with holes spaced from each other, made of a soft magnetic steel sheet with a thickness of 3 mm. The rings are connected in a package by means of six rods arranged perpendicular to the plane of the rings (not shown). These rods, made of brass, serve to provide a constant and equal gap between the rings and give the entire package of rings the necessary structural rigidity. In each ring there are 90 holes with a diameter of mm. The holes are arranged in radial rows, with a series of three-hairs alternating with a series of two holes (chess order). The distance between the rings is equal to twice their thickness. For a comparative study of the effectiveness and efficiency of the proposed; ring-shaped design of an EMF, an EMF of a solenoidal type was additionally manufactured. The magnetizing coil for a solenoidal EMF is made with a wire of the same cross section as for an annular EMF, with the same number of turns and a winding density equal to the average for an annular EMF. The loading length of the solenoidal EMF (377) mm is equal to the average circumference of the loading of the annular EMF. The volumes of the working chambers of both filters are equal to cm. The loading of the solenoidal EMF consists of a package of five equally spaced parallel plates from the version. Width and thickness of the plates: equal to the width and thickness of the rings offered by EMFs. The downloads of both filters are made of the same grade steel. The geometries of the holes and their number for both filters are the same. Thus, the difference between the filters is only in the shape of the working chamber, the load, the electromagnetic coil, and the location of the inlets: the inlet and the outlet.

Дл опытов по определению различий в эффективности и экономичности указанных фильтров готов т водную суспензию железосодержащего активного угл в количестве Зле концентрацией 5 г/л. Берут уголь КАД йодный с размером частиц 0,-0,25 мм и содержанием магнетита около 3. Варьируют такие параметры магнитного фильтровани как напр женность внешнего Mai- нитного пол (ток питани катушки намагничивани ) и расход угольной суспензии, так как изменение именно этих параметров призвано вы вить различи в услови х намагничивани фильтрующей ферромагнитной загрузки и в гидродинамических услови х протекани суспензии через фильтры. В цел х более отчетливого вы влени .указанных различий между фильтрами суспензию пропускают вертикально сверху вниз (фиг. 2 J.For experiments to determine the differences in the effectiveness and efficiency of these filters, an aqueous suspension of iron-containing active carbon in an amount of Zle with a concentration of 5 g / l is prepared. The KAD iodine coal with a particle size of 0, -0.25 mm and a magnetite content of about 3 is taken. Such magnetic filtration parameters vary as the intensity of the external Max-field (feed current of the magnetizing coil) and the consumption of the coal suspension, as the change of these parameters It is intended to reveal the differences in the conditions of magnetization of the filtering ferromagnetic load and in the hydrodynamic conditions of the flow of the suspension through the filters. In order to more clearly see the indicated differences between the filters, the suspension is passed vertically from top to bottom (Fig. 2 J.

Диапазон изменени параметров фильтровани угольной суспензии и результаты опытов по определению количества задержанного железосодержащего активного угл в предлагаемом и известном фильтрах дл различных вначений расхода угольной суспензии и намагничивающего тока приведены в таблице. Определ ют также механический эффект фильтровани угольной суспензии сквозь ненамагниченную загрузку ЭМФ ( Относительна погрешность результатов 2-3%.The range of changes in the filtering parameters of the coal suspension and the results of experiments to determine the amount of retained iron-containing active carbon in the proposed and well-known filters for various purposes of the consumption of coal suspension and magnetizing current are shown in the table. The mechanical effect of filtering the coal slurry through the non-magnetised EMF loading is also determined. (The relative error of the results is 2–3%.

ПредлагаемыйProposed

Из таблицы видно, что абсолютные количества угл , задержанного в предлагаемом кольцевом ЭМФ, намного превышают таковые, задержанные при том же токе намагничивани и расходе угольной суспензии в соленоидальном ЭМФ. Эффективность фильтровани определ ют как отношение ф - где Мз количество задержанного в фильтре железосодержащего активного угл ; полное количество угл , использованного в опыте.The table shows that the absolute amounts of coal retained in the proposed ring EMF are much higher than those retained at the same magnetization current and consumption of the coal slurry in the solenoid EMF. Filtration efficiency is defined as the ratio of f - where, m3, the amount of iron-containing active carbon retained in the filter; The total amount of coal used in the experience.

График зависимости эффективности Efficiency graph

фильтровани от намагничивающего то-, ка дл двух фильтров при расходах суспензии, равных 0-, 48 мл/с; Й2 filtration of magnetizing current for two filters at flow rates of 0-, 48 ml / s; Y2

78 мл/с; Q3 96 мл/с, без учета фона приведен на фиг. 3 (сплошна лини - кольцевой ЭМФ, пунктирна - со леноидальный ЭМФ ). Из графика видно, что эффективность кольцевого ЭМФ во всем диапазоне измененени параметров фильтровани превосходит эффективность соленоидального. Это различие составл ет . 78 ml / s; Q3 96 ml / s, excluding the background is shown in FIG. 3 (solid line - annular EMF, dashed line - with lenoid EMF). It can be seen from the graph that the efficiency of the ring EMF over the entire range of changes in the filtering parameters exceeds that of the solenoidal one. This difference makes up.

Эффективность кольцевого ЭМФ превосходит эффективность соленоидального не только за счет устранени рассе ни магнитных потоков, но также за счет улучшени гидродинамических условий протекани суспензии. В кольцевом ЭМФ вследствие разветвлени потока суспензии суммарное живое сечение фильтрующих каналов при прочих равных услови х в два раза больше, чем в соленоидальном, и равно 12,0 см Поэтому скорость протекани суспензии через кольцевой ЭМФ при том же расходе, что и в соленоидальном, в два раза меньше.The efficiency of the ring EMF exceeds the efficiency of the solenoidal not only by eliminating the scattering of magnetic fluxes, but also by improving the hydrodynamic conditions of the suspension flow. In the ring EMF, due to the branching of the suspension flow, the total living section of the filter channels, with other conditions being equal, is twice as large as in the solenoidal one and equal to 12.0 cm. Therefore, the flow rate of the suspension through the annular EMF at the same flow rate as in the solenoidal one two times less.

На фиг. k приведен график зависимости эффективности фильтровани от тока с учетом фона дл кольцевого (сплошна лини )при расходе fla 96 мл/с и соленоидального (пунктир) при расходе й « kS мл/с фильтров, т.е. при одинаковой скорости протекани суспензии сквозь фильтрующий, канал, равной 8 см/с. Из графика видно, что рль14евой ЭМФ эффективнее соленоидального во всем диапазоне изменени намагничиваюи4его тока. Дл среднего участка это превышение составл ет k%.FIG. k shows a graph of filtration efficiency versus current, taking into account the background for an annular (solid line) at a flow rate of 96 ml / s fla and a solenoidal (dashed line) at a flow rate of kS ml / s, i.e. at the same flow rate of the suspension through the filter channel, equal to 8 cm / s. It can be seen from the graph that the radium EMF is more efficient than the solenoidal in the entire range of variation of the magnetizing current. For the middle segment, this excess is k%.

С ростом тока различие сглаживаетс , так как намагниченность загрузок обоих фильтров приближаетс к намагниченности насыщени . Чтобы достичь этого же значени эффективности (фиг. k ),.что и дл кольцевого ЭМФ,As the current increases, the difference smoothes out as the magnetization of the loads of both filters approaches the saturation magnetization. In order to achieve the same efficiency value (Fig. K), as for the ring EMF,

соленоидальному надо подвести большую мощность. Различие в потребл емой кольцевым и соленоидальным ЭМФ мощности дл среднего участка измен ни тока при одинаковой скорости протекани суспензии через фильтрую- щий канал составл ет 28 (расчет производ т по формуле J R, где J- ток намагничивани , f 3,6 Ом - сопротивление катушки). Но при этом расход суспензии в кольцевом ЭНФ в два раза больше, чем в соленоидальном. Следовательно, чтобы обеспечить степень очистки V и расход Q 9б мл/с надо к соленоидальному ЭМФ параллельно подключить еще точно такой же соленоидальный фильтр. В этом случае энергопотребление кольцевого ЭМФ на 6k% меньше, чем в двух соленоидальных , которые обеспечивают такие же расход и степень очистки.solenoidal need to bring more power. The difference in the power consumed by the ring and solenoidal EMF for the middle section of the current change at the same speed of the flow of the suspension through the filter channel is 28 (the calculation is made according to the formula JR, where J is the magnetizing current, f 3.6 ohm - coil resistance ). But at the same time, the consumption of the suspension in the annular ENF is two times more than in the solenoidal one. Consequently, in order to ensure the degree of purification V and the flow rate Q 9b ml / s, it is necessary to simultaneously connect exactly the same solenoidal filter to the solenoidal EMF. In this case, the power consumption of the ring EMF is 6k% less than in the two solenoids, which provide the same flow rate and degree of purification.

Таким образом, приведенные результаты сравнительных испытаний двух различных конструкций фильтров свидетельствуют о том, что кольцевой ЭНФ на 31-39% эффективнее и на 6k% экономичнее , чем соленоидальный. Thus, the results of comparative tests of two different filter designs indicate that ring ENF is 31-39% more efficient and 6k% more economical than solenoidal.

f,00 ff,90 0.80f, 00 ff, 90 0.80

тt

0.600.60

0.50 ОМ0.50 ohm

Q.W Q.W

OJOOjo

lf.5.0 S.5 5;0 ff.5 3.A фае.Зlf.5.0 S.5 5; 0 ff.5 3.A fae. H

Claims

1. ELECTROMAGNETIC FILTER, including a working chamber with a ferromagnetic load located in it, an electromagnetic coil, is located-? outside the chamber, inlet and outlet pipes, which is different in that, in order to increase the efficiency of magnetic filtering and reduce the specific energy consumption, ka. The measure was made in the form of a toroid of rectangular cross section, and the ferromagnetic load was made in the form of perforated ring plates mounted parallel to each other along the height of the toroid.

2. Filter floor. 1, about t l and. h a tout and th with the fact that the holes in the loading are staggered.

1 1031464