CN101137442A - 用于静电充电和分离难以分离的颗粒的方法和装置 - Google Patents

用于静电充电和分离难以分离的颗粒的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于从工业废气中分离颗粒的静电过滤方法以及静电过滤器。按照本发明，在仅具有一个高压电源的高压区的未改变的单独管道中完成最优化的静电充电，或者在电离区中完成电离。所述充电或电离使得能够在足够的场强下在分离区中完成后续的颗粒分离，并因此仅需很少的能量输入。

Description

用于静电充电和分离难以分离的颗粒的方法和装置
技术领域
[0001]根据独立权利要求1、5的前序部分，本发明的主题为一种用于静电充电和分离难以从气流中分离的颗粒的方法和装置。换句话说，本发明涉及一种静电过滤器，尤其涉及一种适用于过滤工业废气的静电过滤器方法或静电过滤器。
背景技术
[0002]在基于所谓科特雷尔(Cottrell)原理来操作、并亦可被称为静电分离装置的、用于工业废气中的粉尘分离的静电过滤器中，要被分离的颗粒的充电、传输以及在优选的特别形成的收集电极上的沉淀在电场中同时发生。当所述颗粒积聚或凝聚的足够多之后，通过机械振动(干式除尘)或冲洗(湿式除尘)将其从收集电极上清除。如果需要时，可将多个前述电场转换为串联或并联形式，藉以达到所需的总的分离输出。
[0003]造成一些颗粒难于分离的原因可能为由颗粒的电特性造成，颗粒的电特性由它们的化学或物理性质导致在所述收集电极上形成了绝缘层而造成。另一原因为在高电流密度下的电流紊乱(electricflow turbulence)或所谓的电风(electric wind)的作用的结果，由于气体电离的结果，在<10微米的颗粒范围内的颗粒可以使得其更难沉淀在位于充电和分离电极之间的区域中的所述收集电极上。众所周知，物理学上有效的充电机制，即所谓电涌或场致充电以及扩散充电，或多或少将导致最低的颗粒分离效果发生。为抵消因电风造成的电流紊流的问题，现已开发出所谓的两阶段静电过滤器，其中颗粒的充电和分离在相继切换的分离的电场中进行。问题在于所述阶段所需要的分离阶段以及不同的高压电源。
[0004]为解决此问题，现已有一种用于对工业废气进行除尘的静电作业式分离装置，其利用负电晕***(negative corona system)工作。特别地，已知一种方法，其通过在高压区仅作用一个高压电源的方式来进行静电充电和分离，来帮助分离难于从气流中分离的颗粒。与所谓的科特雷尔静电过滤器相比较，所述颗粒在高压区中被相继地而不是同时地电离，并且因此被分离。此外，在此方法及装置中，所述电离区的几何管道距离比所述分离区大，结果所述电离区的场强低于所述分离区的场强。因此其设法基本上避免了电紊乱的缺点。因此在所述的公知过滤器中电离区的管道宽度设置的比分离区的管道宽度大，因为预期到在相当小的充电或电离区中所预期的非常高，但所需的特定电流会导致发生相对早的火花放电行为，这将因此使电功率受到限制。这就意味着在已知的过滤器中，电离区至少与两个、但经常甚至为三个和更多的分离区相结合。通过减小管道宽度来保证分离区中有足够高的场强。
[0005]从本领域已知甚至用于净化呼吸空气的空气过滤器，其特别应用在家庭居室、饭店和讲演厅中。空气过滤器和工业过滤器不具有可比性，因为空气过滤器与这里所讨论的大型工业静电过滤器具有完全不同的前提。因此它们不能用于净化工业气体。例如，用于工业废气的静电过滤器所用的管道宽度通常为200-500mm。因此，综合考虑到废气的成分及其烟气的温度，通常工业上所用的静电过滤器的场强范围为2-4kV/cm，特定的电流范围为0.2-1.2mA/m2。
[0006]另外，现有的每一空气过滤器均利用正电晕***(positivecorona system)和两个高压电工作。这些空气过滤器包括整流器，所述整流器具有分别用于电离和分离的两个输出端。现有的空气过滤器中电离区和分离区中的场强是相同的，但具有不同的电位。所述的两区域均必须设置有一结构以使彼此绝缘。此外，现有的过滤器中在电离区中设置有正放电电极，所述电极产生的适度的电离。
发明内容
[0007]在对工业应用的能源效率方面的要求不断提升的背景下，本发明的目的为避免上述静电过滤器和静电过滤方法的缺点并降低在工业废气过滤中的能源输入。
[0008]按照本发明，上述目的通过依照权利要求1的方法和权利要求5的装置实现。优选的方法以及装置的进一步发展则在从属权利要求中说明。
[0009]因而，依照本发明的分离器和分离方法应用负电晕***工作，其中仅借助一个高压电源在每一高压区中对颗粒进行充分的充电，因而可在两个极性相反的收集电极之间以最低的额外能量输入下进行充电颗粒的传输以及分离，从具有负极电晕***的常规过滤器中已知的单独管道保持不变。
[0010]这意味着在具有相当高的电紊流和相对于气流为横向的电风的极端电离区中，跟随有基本上不存在任何电紊流的基本平静和虚拟的薄片状区域，其中难以分离的充电颗粒可以以高效地和不受阻碍的方式进行分离。
[0011]用在电离区中施加的高电压尽可能充分地完成颗粒的有效充电，这部分以足以传输和分离颗粒的最低电流在随后的分离区中产生电场。分离区中限定的低电流可确保实现充电载流子到正收集电极的确定的跟踪引导(follow-up guidance)，以便基本防止已分离的颗粒的重复涡旋(重复卷入)。
[0012]在此，静电过滤器的不同实施例的实现方式主要为：在具有未改变的管道距离的高压区的单独管道中，通过在普通高压电源上形成的高电流强度或电流抑制电极，在电流区和分离区中采用及其不同的电晕放电距离。其原则为将电离区中的较大几何形状的电晕放电距离和分离区中的较小几何形状的电晕放电距离设置到最高程度。这样，可以使得单独管道的管道宽度保持不变，如此每个电离区只与一个分离区相结合。此外，火花放电不会发生或在电功率基本未减小的稍晚时刻发生。
[0013]当单次颗粒充电可能被证明并不足够时，优选地可以为在静电场中相继排列多个电离和分离区。
附图说明
[0014]以下将参照附图中的图和图表对本发明的几个实施例进行详细说明，其中：
图1示出了静电过滤器中的颗粒分离行为；
图2示出了按照本发明的方法用于电离区和分离区的负电极的典型电特性的示例；
图3示出了按照本发明的分离装置的单独分离管道的第一实施例的平面图；
图4示出了按照本发明的分离装置的单独分离管道的第二实施例的平面图；
图5示出了按照本发明的具有两个分离管道和一个电离区的静电过滤器的第一实施例；
图6示出了按照本发明的具有三个分离管道和两个电离区的静电过滤器的第二实施例；
图7示出了按照本发明的具有在电离区中的冷却的收集电极的两个分离管道的第三实施例。
具体实施方式
[0015]图1示出了静电过滤器中的颗粒分离行为。物理上有效的充电机制，即所谓电涌或场充电以及扩散充电，或多或少将导致最低的颗粒分离效果发生。这可以从所有的图示曲线中清楚地看出。
[0016]图2示出了具有不同几何形状的负电极的特性，以实现本发明的目的。图表左侧的特性曲线与用于电离区的高电流曲线电极形式(A、B、C型)相对应，而图表右侧的特性曲线与用于分离区的低电流电极形式(D、E、F型)相对应。
[0017]图3示出了具有电离和分离工作区的单个分离管道的概要。其相邻的类似的管道未示出。高压***2连接到高压电源1，所述高压***设有电流加强(current-intensive)放电电极6、电压加强或低电流负电极7。放电电极6位于电离区4中，电离区4通过将收集电极6与附图标记为12的地相连接而形成。负电极7位于分离区5中，分离区5亦通过将收集电极3与附图标记为12的地相连接而形成。整个高压区以附图标记11标识。在电离区4中，充分充电的颗粒到达并随后在具有极大减小的紊流和近乎消失的电风的分离区5中被最优化地分离。
[0018]当所述高压区中的单次颗粒充电不足以实现最优化的分离时，可在电离区域4和分离区域5的下游进一步设置电离区域4a和分离区域5a。
[0019]图5为水平排列的静电过滤器即所谓水平场的示意图。其中在与地12相连接的过滤器外壳8中设置有多排收集电极3，所述电极形成多个分离管道13，分离管道13包括具有电流加强放电电极6的电离区4和具有低电流负电极7的分离区。这里所示出的实施例包括两个分离管道13，还可连接更多的分离管道13，如虚线14所示。
[0020]图6示出了依照本发明的静电过滤器的另一实施例，其具有设置在三个如图所示的分离管道13中的两个电离区4、4a和两个分离区5、5a。此外，图6中所示的椭圆形状的负极电极7具有其它可能的几何形状。
[0021]图7示出了具有电离区4的第三实施例，其中与地12相连接的收集电极设置为冷却剂9流过的中空体(即冷却室10)。这种冷却有助于避免发生由于在电离区4中的被分离的颗粒的极大阻抗而造成已知为电晕的再次电离。
[0022]本发明的特性已清晰地在上述主要说明中示出，即在具有仅和一个高压电源1相连接的未改变的管道13的高压区11中，优选地在电离区4、4a中进行充电或电离，并确保在分离区5、5a中在足够的场强下进行后续的颗粒分离。

Claims (9)

1.一种从工业废气中分离粉尘的方法，其中借助于仅利用一个高压电源作用于高压区进行的静电充电和分离，将难以分离的颗粒从气流中去除，所述颗粒在所述高压区中被相继地电离和分离，并且其中通过所连接的负电极，所述负电极连接到仅有一输出端的一个高压电源，所述颗粒在电离区和分离区中被电离和分离，其特征在于：所述高压区包括具有相等管道宽度的一个或多个单独管道，所述颗粒在其中被相继地电离和分离，而且通过适当地选择用于所述电离区和分离区的负电极的几何形状，所述电离区中产生的电流强度远高于所述分离区。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述颗粒在串联连接的所述高压区的所述单独管道中被相继地电离和分离两次或更多次。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：待净化流体中的颗粒在所述单独管道中被在所述电离区中施加的负的高电压充电，所述电离区的电流至少为所述分离区的10倍。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于：所述电离区的接地电极被冷却。
5.一种实施如权利要求1至4中任意一项所述的方法的用于从工业废气中分离粉尘的电气式过滤器，其包括带有单独管道的高压区，所述单独管道每一个包括电离区及其下游的分离区，其特征在于：所述过滤器包含一个或多个高压区，所述高压区的每一个设置有高压电源和电离区(4)以及分离区(5)，所述电离区(4)和所述分离区(5)的每个中设置有不同的负电极(6、7)，所述负电极(6、7)以结合的方式连接到仅具有一个输出端的高压电源(1)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述负电极以适当的几何排列方式布置在所述电离区(4)和所述分离区(5)中，通过此方式使得在所述电离区(4)中产生的电晕放电电流至少为所述分离区(5)的10倍。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于：用于所述电离区(4)和所述分离区(5)的负极化电极(6、7)的几何形状设置为不同结构，在所述电离区(4)应用高电流加强电晕放电电极形式(6)，在所述分离区应用充分低电流或电压加强负电极形式(7)。
8.如权利要求5至7中任意一项所述的装置，其特征在于：多个电离区(4、4a)和分离区(5、5a)在所述独立的管道的高压区中沿着流体流动的方向首尾相接地排列。
9.如权利要求5至8中任意一项所述的装置，其特征在于：电离区(4)的收集电极(9)设置有冷却室(10)。
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