CN100493728C - 针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于低温等离子体及环境污染治理技术领域，是一种针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟的装置，由电气控制单元，高压直流电源，碳烟捕集单元、壳体组成，碳烟捕集单元由并联的高压电极板和并联的地电极板构成，高压电极板和地电极板间隔排列，高压电极板和地电极板上设有针尖体，在针尖体间距中心位置设有加热电阻丝，固定在陶瓷套管上，电加热引入接线柱与加热电源相连接负高压引入电极与负高压电源相连接。本发明的优点是，捕集碳烟微粒效率高，该放电反应器的再生周期长，由电晕放电产生的等离子体等活性粒子还能同时去除气体中的其他污染物，装置设备所需投入少，阻力小，运行维护简单方便，费用低。

Description

针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置

技术领域

本发明属于低温等离子体及环境污染治理技术领域，是一种针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟的装置。

背景技术

燃油锅炉和柴油机在工业当中应用十分广泛，但其排放的碳烟微粒对空气的污染也十分严重。要解决燃油锅炉和柴油机的碳烟排放污染，主要分为机内净化和机外净化两个途径。机内净化：降低柴油机有害排放量的方法是改善柴油机的燃烧条件，全面提高柴油机的技术性能。随着电控燃油喷射技术、增压中冷技术、废气再循环等新技术的不断采用，将进一步改进柴油机的燃烧和工作过程，大幅度改善柴油机的碳烟排放污染。但是机内净化要求技术含量高，投入大，周期长。机外净化：通过使用一定装置，俘获碳烟颗粒，达到减少碳烟排放的目的。目前机外降低高温碳烟微粒的主要方法有：静电吸附法、过滤捕集法和离心分离法，各种捕集技术各有利弊。

公开文献小型内燃机与摩托车，2003，32(2)：35-38介绍了过虑捕集法。过滤净化技术捕集微粒是目前各国研究机构普遍采用的后处理方式。目前市场上使用最多的是陶瓷过滤器，它的优点是过滤效率高，可达到60～95％，过滤质量好，结构强度高，抗热冲击和抗机械振动能力也较强。但其制造工艺复杂，质量要求高，使用一段时间后背压会升高，当排气背压达到一定值时，发动机性能将变差，因此陶瓷过滤器的再生问题成为这一方法能否实用的关键。目前再生的方法有电加热法、微波再生法、喷油助燃法等。陶瓷过滤器经再生后背压降低，重新起到滤清作用。

公开文献广西工学院学报，2004，15(2)：9-13小结了等离子体技术在柴油机碳烟微粒捕集方面应用的现状。目前国内外在利用等离子体技术捕集微粒方面做了许多工作，在实验室里取得了一些成果。其中，一种方式是在金属丝网上加一定电压，使微粒在经过上游金属网时荷电，在下游金属网处被吸附。实验得到一些明显碳烟微粒捕集结果，但是因捕集效率难于提高而未能达到实际应用。在此基础上，提出电晕放电强化微粒荷电和电场力驱进荷电微粒，以提高微粒捕集效率。

通过非热放电增加碳烟微粒荷电，然后用过滤或高压电场来促进碳烟微粒的捕集。但是同过滤技术一样，同样遇到再生问题，即捕集的微粒如何清除使放电能正常维持而不影响捕集效率。因为真实碳烟微粒主要成分为碳烟颗粒、可溶碳氢有机物、硫和水，不可能用常规方法进行清除。意大利一研究机构提出，在线筒式电晕放电捕集器中，利用火花放电将筒壁上微粒引燃烧尽。这对高压电源提出较高要求，同时火花放电发生区域的随机性给烧尽碳烟带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种能长期稳定高效捕集高温碳烟微粒的装置，并解决其再生问题。

本发明的技术原理是，电晕放电产生大量的高能电子，正负离子对通过放电区的气体分子，碳烟微粒进行荷电，荷电后的粒子在电场力作用下定向趋向针阵列电极板，并粘附在电极板上，达到去除的目的。

本发明是通过下述技术方案实现的：针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置，由电气控制单元，高压直流电源，碳烟捕集单元5、壳体6组成，碳烟捕集单元5由并联的高压电极板3和并联的地电极板4构成，高压电极板3和地电极板4间隔排列，高压电极板3和地电极板4的上下端分别安装在在壳体6上部和下部设有的安装槽内，高压电极板3和地电极板4上设有针尖体，电极板上的针尖体共10-50排，每排10-50根，有序排列，针尖体之间的间距在15-30mm内、针尖体高度为5-7mm，高压极板3上的针尖体与地电极板4上的针尖体的间距为15-40mm；在离电极板表面约3-4mm处、在各针尖体间距中心位置设有加热电阻丝7，电阻丝7两端用弹簧8拉直，固定在陶瓷套管9上，电加热引入接线柱1与加热电源相连接负高压引入电极2与负高压电源相连接。所述的针尖体共10排，每排10根，高压电极板3为2-9个，地电极板4为2-10个。根据每一电阻丝阻值大小将各电阻丝进行串并联，通过高压隔离开关、调压、继电器与电网AC220V连接，构成放电反应器的再生系统。废气通过电晕放电区，在新型的双极电晕放电作用下，引发的快速电子、正负离子致使碳烟微粒超饱和荷电，并且在电场力作用下定向趋向针阵列电极板，并粘附在电极板上。型碳烟捕集装置的进风口与燃机排风口连接，进风口处设有金属丝网初滤，排放废气经初滤后进入碳烟捕集单元，其中的碳烟被高效捕集，当捕集的碳烟积累到一定厚度时，启动加热电源烧尽被捕集的碳烟，维持装置长期稳定运行，废气经碳烟捕集单元处理后由出风口排出。装置的电气控制和高压电源均设在装置外部，高压和加热的电气连接和固定均采用耐高温的陶瓷套管，避免高温对电气性能的影响。荷电是微粒定向运动的前提，在很大程度上决定了捕集效果。放电时，只有有效高能电子才能使微粒荷电，其产生的数量与E/N成正比N-介质气体密度。因为针阵列电极之间的电场是一种极不均匀的电场，在针形电极尖端附近的电力线集中，所以产生的电场强度很高。双极放电有两个这样的高场强区，因而能产生较多的有效高能电子，使颗粒物荷电几率加大，荷电时间缩短，而被迅速捕集。因为两电极均为针阵列结构，电晕放电发生在针尖体处，所以两电极上捕集了较厚的碳烟微粒也不会影响放电的稳定性。所以其捕集效率不会随使用时间的增加而降低。其反应器再生的周期远远大于陶瓷过滤器和线板针板等电极结构的放电反应器。在靠近针阵列电极板表面针尖体电极之间布置加热电阻丝，当捕集的微粒在电极板上达到一定厚度时，启动加热电源在短时间内电阻丝将其附近被捕集的微粒烧尽，简单快捷的达到再生目的。

本发明的效果和益处是，针阵列的双极电晕放电有两个极高场强区，能产生更多的高能电子，使碳烟微粒荷电更充分，因而捕集效率高。由于放电发生在针尖体处，极板上捕集一定厚度的碳烟微粒也不会影响放电，所以该放电反应器的再生周期很长。在靠近针阵列电极板表面针尖电极之间布置加热电阻丝，当捕集的微粒在电极板上达到一定厚度时，启动加热电源在短时间内电阻丝将其附近被捕集的微粒烧尽，简单快捷的达到再生目的。由电晕放电产生的等离子体等活性粒子还能同时去除气体中的其他污染物。本发明装置设备所需投入少，捕集效率高，阻力小，运行维护简单方便，费用低。反应器再生十分简便快捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构分解示意图。

图3是本发明的电极板结构示意图。

图中：1、电加热引入接线柱，2、负高压引入电极，3、高压电极板，4、地电极板，5、碳烟捕集单元，6、壳体，7、电阻丝，8、弹簧，9、陶瓷套管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

在小型针阵列双极电晕放电反应器中进行碳烟微粒去除实验。放电通道高120mm，长30～120mm可调，高压端和地端均为针阵列电极。每排8根针尖体共十排，同极针尖体间距为20mm，两电极间距d为30mm。放电电压为负18kV，放电电流为0.6mA。在相对湿度为30-50％，温度为20-25℃，风速为0.5m/s条件下进行处理。得到粒径为1μm，3μm，5μm，10μm的碳烟微粒去除效果分别是78％，86％，92％，98％。

实施例2

重复实施例1，改变风速为1m/s，得到粒径为1μm，3μm，5μm，10μm的碳烟微粒去除效果分别是66％，79％，85％，94％。

实施例3

重复实施例1，改变风速为2m/s，得到粒径为1μm，3μm，5μm，10μm的碳烟微粒去除效果分别是52％，68％，78％，86％。

Claims (3)

1、针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置，其特征在于，由电气控制单元，高压直流电源，碳烟捕集单元(5)、壳体(6)组成，碳烟捕集单元(5)由并联的高压电极板(3)和并联的地电极板(4)构成，高压电极板(3)和地电极板(4)间隔排列，高压电极板(3)和地电极板(4)的上下端分别安装在在壳体(6)上部和下部设有的安装槽内，高压电极板(3)和地电极板(4)上设有针尖体，高压电极板(3)和地电极板(4)的电极板上的针尖体共10-50排，每排10-50根，有序排列，针尖体之间的间距在15-30mm内、针尖体高度为5-7mm，高压电极板(3)上的针尖体与地电极板(4)上的针尖体的间距为15-40mm；在离高压电极板(3)和地电极板(4)的电极板表面3-4mm处、在各针尖体间距中心位置设有加热电阻丝(7)，电阻丝(7)两端用弹簧(8)拉直并固定在陶瓷套管(9)上，电加热引入接线柱(1)与加热电源相连接，负高压引入电极(2)与负高压电源相连接。

2、根据权利要求1所述的针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置，其特征在于，所述的高压电极板(3)和地电极板(4)的电极板上的针尖体共10排，每排10根。

3、根据权利要求1所述的针阵列电极双极电晕放电捕集高温碳烟装置，其特征在于，所述的高压电极板(3)为2-9个，地电极板(4)为2-10个。

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