JP2008526499A

JP2008526499A - 分離困難な粒子を静電的に帯電させて分離する方法および装置

Info

Publication number: JP2008526499A
Application number: JP2007550738A
Authority: JP
Inventors: ヴェルネール−ヤコブ・フランク
Original assignee: バルケ−デュール・ゲーエムベーハー
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2006-01-09
Publication date: 2008-07-24
Also published as: US8002876B2; EP1679123A1; KR20070095405A; KR101238619B1; WO2006074888A1; CN101137442A; US20090165648A1; ZA200706171B

Abstract

本発明は、産業排ガスから粒子を分離する静電ろ過方法、および静電フィルタに関する。本発明によれば、1つのみの高電圧源を有する高電圧領域の、変更していない個々の通路において最適な静電帯電が行われるか、またはイオン化領域においてイオン化が行われる。前記帯電またはイオン化により、十分な場の強さで分離領域における後続の粒子の分離が可能になり、したがって僅かなエネルギー入力のみを必要とする。

Description

本発明の主題は、独立請求項1および5の前提部分に記載の、ガス流体から分離困難な粒子を静電的に帯電させて分離する方法および装置である。換言すれば、本発明は、静電フィルタに関し、特に、産業排ガスをろ過するのに適する当該静電フィルタ方法または静電フィルタに関する。

いわゆるコットレル原理(Cottrell principle)に従って機能し、静電分離装置と称されることもある、産業排ガス中の除塵のための静電フィルタの場合は、分離される粒子の帯電および搬送と、任意選択で特別に形成される集塵電極上への粒子の堆積とが電場中で同時に行われ、粒子は、十分な蓄積または凝集の後、機械的振動(乾式除塵)または洗浄(湿式除塵)のいずれかによって集塵電極から離隔される。必要ならば、所望の全分離出力を得るように、上述の電場のいくつかは、直列に、あるいはまた並列に切り替えられる。

いくつかの粒子が分離困難な理由は、粒子の化学的物理学的性質の結果として集塵電極上に絶縁層をもたらす、粒子の電気的性質に起因し得る。追加的な要因は、高電流密度での電気的な乱流またはいわゆる電気風の結果として、一部の10μm未満の粒範囲の粒子を、さらに困難を伴うことでのみ、ガスイオン化の結果として、帯電電極と分離電極との間の領域の集塵電極上に堆積させることができることである。物理学的に効果的な帯電機構、すなわち、いわゆるサージ帯電または電場帯電および拡散帯電の結果として、程度の差こそあれ粒子フラクション分離特性の著しい最小値が現れることが知られている。電気風の結果としての電気的な乱流の問題に対処するために、引き続いて切り替わる別個の電場において粒子の帯電および分離が行われる、いわゆる2段静電フィルタが開発された。問題のある側面は、段を空間的に分離させる必要があること、および段の高電圧供給量が異なることである。

この問題を解決するためには、負コロナシステムと協働する、産業排ガスを除塵するための静電的に機能する分離器が知られている。高電圧領域に対して1つのみの高電圧源を用いて静電的に帯電させて分離することによって、分離困難な粒子がガス流体から離隔される方法が特に知られている。いわゆるコットレル静電フィルタ(Cottrel electrostatic filters)とは対照的に、粒子は、高電圧領域内で順次、非同時にイオン化され、したがって分離される。また、この方法およびこれらの装置では、分離領域よりもイオン化領域により大きな幾何学的通路距離があり、その結果、イオン化領域の場の強さは、分離領域の場の強さよりも小さい。したがって、電気的な乱流の不利点を実質的に回避することができた。したがって、比較的小さな帯電領域またはイオン化領域では、所期の非常に高い、しかし必要な特定の電流により、放電開始の活動が比較的早期に生じ、したがって、電力が制限されることになると予期されたため、既知のフィルタでは、分離領域の通路幅よりもイオン化領域の通路幅により大きな設定が与えられていた。したがって、これは、既知のフィルタでは、1つのイオン化領域が、少なくとも2つ、しかししばしば3つ以上の分離領域に付随していることを意味する。分離領域において、通路幅を減少することによって、十分に高い場の強さの存在が保証される。

同様に作用する空気フィルタが、現行技術から、呼吸空気をも清浄することで知られており、特に、家庭、レストラン、および講堂で使用されている。空気フィルタは、本明細書に関連する大型の産業用静電フィルタとは全く異なる前提条件を満たす必要があるため、空気フィルタと産業用フィルタを互いに比較することはできない。したがって、空気フィルタは、産業ガスを浄化するために使用することができない。例えば、通常、200〜500mmの通路幅が、産業排ガス用の静電フィルタに使用される。このことは、排ガスの組成およびこれらの排ガス温度と相まって、通常、2〜4kV/cmの範囲の場の強さと、0.2〜1.2mA/m²の範囲の比電流が産業用静電フィルタに使用されるという結論に至る。

正コロナシステムと2つの高電圧とを用いてそれぞれが機能する空気フィルタも知られている。これらの空気フィルタは、イオン化および分離用の2つの出力を有する整流器を備える。既知の空気フィルタにおける場の強さは、イオン化領域および分離領域において同じであるが、異なる電位が与えられる。両方の領域は、電気的に互いから絶縁されるように設計する必要がある。また、正の放電電極は、イオン化領域中の既知のフィルタに設けられ、これらの電極は、中程度のイオン化をもたらす。

産業機器のエネルギー効率に置かれる要求がなお高まる背景の前に、本発明は、前述の静電フィルタおよび静電フィルタ方法の不利点を回避する目的に基づいており、産業排ガスのろ過におけるエネルギー入力を低減するものである。

この目的は、請求項1に記載の方法、および請求項5に記載の装置により、本発明によって達成される。方法および装置の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項に記載されている。

したがって、各高電圧領域において1つのみの高電圧源を用いて、粒子のちょうど十分な帯電が行われる、本発明による分離器および本発明による分離方法は、負コロナシステムと協働する。したがって、帯電した粒子の搬送とこれらの分離は、負コロナシステムを用いる従来のフィルタから知られる個々の通路を変更せずに、対向する極性を与えられた集塵電極で、最小の追加エネルギー入力で行われる。

これは、極端なイオン化の領域において、ガス流体に対して横切るようなそれぞれ高い電気的な乱流と電気風によって実質的に無風で事実上層状の領域が、実質的にいかなる電気的な乱流もなく続くことを意味しており、ここでは、分離困難な帯電した粒子の分離を、高効率かつ妨害されずに行うことができる。

できるだけ完全に行われる粒子の効率的な帯電は、イオン化領域中で印加される高電圧によって行われ、イオン化領域側で、粒子の搬送および分離に十分なできるだけ最小の電流で、後続の分離領域における場の強さを生成する。分離領域において小さく定義された電流は、既に分離された粒子が繰り返し旋回(再飛散)するのを実質的に防止するために、帯電キャリアの正の集塵電極への一定の追跡案内が達成されることを保証する。

これは、高電圧領域の個々の通路中で通路距離を変更せずに、共通の高電圧源上で高電流集中的あるいは電流を抑圧する電極の形状により、イオン化領域および分離領域中で極端に異なるコロナ放電距離が使用されるように、静電フィルタの種々の実施形態について主に実現し、イオン化領域中ではより大きな幾何学的なコロナ放電距離、分離領域中ではより小さな幾何学的なコロナ放電距離といった原理が最大限に設定される。ここでは、個々の通路の通路幅を一定に維持することが可能であり、したがって、各イオン化領域は、1つのみの分離領域に付随する。また、放電開始の活動は、開始しない、あるいは電力が実質的に減少しないほど遅い時間にのみ開始する。

1回の粒子の帯電では不十分であることが分かる場合は、イオン化および分離のためのいくつかの部分を静電場内に順次配置することが場合によっては可能である。

本発明のいくつかの実施形態が、図中概略的に示される図面を参照して、以下、より詳細に説明される。

図1は、静電フィルタにおける粒子の分離挙動を示す。物理学的に効果的な帯電機構、すなわち、いわゆるサージ帯電または電場帯電および拡散帯電の結果として、程度の差こそあれ粒子フラクション分離特性の最小値が示される。これは、すべての図示された曲線から明確に見ることができる。

図2は、本発明による目的を達成することができるように、当該負電極の幾何学的形状の個々の特性が互いに異なる必要がある量を示す。図の左側の特性は、イオン化領域の高電流引き込み電極形状(タイプA、B、およびC)に対応し、一方、図の右側に示される特性は、分離領域の低電流電極形状(タイプ、、およびに対応する。

図は、イオン化および分離の活動部分を有する単一の分離通路の概略を示す。隣接する類似の通路は図示されていない。高電圧システムは、高電圧電源に接続され、このシステムは、電流集中的な放電電極および電圧集中的あるいは低電流の負電極を備える。放電電極は、イオン化領域に配置され、イオン化領域は、参照番号を伴って接地された集塵電極によって形成される。負電極は、分離領域に配置され、分離領域も集塵電極によって形成される。高電圧領域全体には、参照番号が付けられている。イオン化領域としても知られる電離領域において、粒子の十分な帯電が得られ、次いで、乱流が極めて減少して電気風が実際的になくなった後続の分離領域において、最適に分離される。

高電圧領域における回の粒子の帯電が、最適な分離としては不十分であるとき、分離領域を有するさらなるイオン化領域を、イオン化領域および分離領域の下流に配置することができる。

図は、水平に配置された静電フィルタ、いわゆる水平場の概略図を示す。ここでは、集塵電極のいくつかの列が、接地部を伴ってフィルタケース内に配置されており、この電極は、いくつかの分離通路を形成し、通路は、その一部に、電流集中的な放電電極を有するイオン化領域と、低電流負電極を有する分離領域とを備える。本明細書に示される実施形態は、つの分離通路を備える。さらなる分離通路は、破線で示されるように接続することができる。

図は、本発明による静電フィルタのさらなる実施形態を示しており、つのイオン化領域4および4aと、2つの分離領域5および5aとが図示された3つの分離通路13内に配置されている。また、楕円の形状によって、図6に示される負電極7は別の可能な幾何学的形状を有する。

図7は、イオン化領域4を有する第3の実施形態を示しており、ここでは、参照番号12を伴って接地される集塵電極が、中空体(冷却室10)として配置され、冷却剤9が中空体の中を流れる。この冷却は、イオン化領域4における分離された粒子の極端な電気抵抗の結果としての逆コロナとしても知られる再イオン化を防ぐことを助ける。

本発明の本質は、主な図において明確に示されており、すなわち、1つのみの高電圧供給源1を有する、変更していない個々の通路13を含む高電圧領域11内で、イオン化領域4、4aにおける最適な電気帯電またはイオン化を行い、十分な場の強さでの分離領域5、5aにおける後続の粒子の分離を保証するものである。

静電フィルタにおける粒子の分離挙動を示す図である。本発明による方法のイオン化領域および分離領域に対する負電極の形状の典型的な電気特性性能の例を示す図である。本発明による分離装置の個々の分離通路の第1の実施形態の配置図である。本発明による分離装置の個々の分離通路の第2の実施形態の配置図である。 2つの分離通路と1つのイオン化領域とを有する本発明による静電フィルタの第1の実施形態を示す図である。 3つの分離通路と2つのイオン化領域とを有する本発明による静電フィルタの第2の実施形態を示す図である。イオン化領域中に冷却された集塵電極を有する2つの分離通路を有する本発明による静電フィルタの第3の実施形態を示す図である。

符号の説明

1 高電圧電源(高電圧供給源)
2 高電圧システム
3 集塵電極
4 イオン化領域(電離領域)
4a イオン化領域
5 分離領域
5a 分離領域
6 放電電極
7 負電極
8 フィルタケース
10 冷却室
11 高電圧領域
12 接地
13 分離通路

Claims

産業排ガスから塵を分離する方法であって、高電圧領域に対して1つのみの高電圧供給源を用いて静電的な帯電および分離により、分離困難な粒子がガス流体から離隔され、前記粒子は、前記高電圧領域内で順次イオン化および分離され、前記粒子は、イオン化領域ならびに分離領域の両方において、1つのみの出力を有する1つのみの高電圧供給源に接続される接続された負電極によってイオン化および分離される方法において、前記高電圧領域が、等しい通路幅である1つまたはいくつかの個々の通路を備え、前記粒子が順次イオン化および分離され、前記イオン化領域および前記分離領域に対する前記負電極の幾何学的形状の適切な選択により、前記分離領域よりも前記イオン化領域において、大幅に高い電流が生成されることを特徴とする、方法。
前記粒子が、直列接続の形で前記高電圧領域の前記個々の通路内で、2回または複数回順次イオン化および分離されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
浄化される前記流体の前記粒子が、前記分離領域と比較して少なくとも10倍の電流によって、前記イオン化領域中で印加された負の高電圧によって、前記個々の通路内で帯電されることを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
前記イオン化領域の接地された電極が冷却されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
下流の分離領域を各1つ有するイオン化領域を含む個々の通路を有する高電圧領域を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の前記方法を実施するために産業排ガスから塵を分離するための電気的に機能するフィルタにおいて、前記フィルタが、1つまたはいくつかの高電圧領域を備え、前記領域のそれぞれが、高電圧供給源を備え、前記イオン化領域(4)ならびに前記分離領域(5)の両方がそれぞれ、1つのみの出力を有する高電圧供給源(1)に結合して接続される異なる負電極(6、7)を備えることを特徴とする、電気的に機能するフィルタ。
前記分離領域(5)と比較して少なくとも10倍のコロナ放電電流が前記イオン化領域(4)中に生成されるような適切な幾何学的配置により、前記負電極が、前記イオン化領域(4)および前記分離領域(5)に配置されることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
前記イオン化領域(4)および前記分離領域(5)に対する前記負に極性を与えられた電極(6、7)の前記幾何学的形状が、異なる構成を備え、高電流集中的なコロナ放電電極の形状(6)が前記イオン化領域(4)に使用され、大幅に低い電流あるいは電圧集中的な負電極の形状(7)が前記分離領域(5)に使用されることを特徴とする、請求項5または6のいずれかに記載の装置。
いくつかのイオン化領域(4、4a)および分離領域(5、5a)が、前記個々の通路における高電圧領域中で、前記流体の流れ方向に、互いの後方に配置されることを特徴とする、請求項5から7のいずれか一項に記載の装置。
前記イオン化領域(4)の集塵電極(9)が、冷却室(10)を備えることを特徴とする、請求項5から8のいずれか一項に記載の装置。