CN102728473B - 使静电除尘器排放的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为使静电除尘器排放的方法和系统。为了改进具有收集电极(42)和发射电极(44)的静电除尘器(10)的清洁，本公开讲授在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间出现火花时降低所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于清洁静电除尘器的方法以及一种用于清洁静电除尘器的系统。
背景技术
众所周知的是，静电除尘器用于从气体流中去除颗粒物质。例如，静电除尘器常见于其中煤、油、工业废料、生活垃圾、泥煤、生物质等的燃烧产生包含颗粒物质、如飞灰的烟气的工业设施。
静电除尘器通过在至少两个电极之间创建静电场进行操作。这些电极中的第一个电极通常具有板状形状，并且连接到电源以便携带正电荷。这种电极通常指定为收集电极或收集板。这些电极中的第二个电极通常采取导线的形式来实施，并且连接到所述电源以便携带负电荷。这种电极通常指定为发射电极或排放电极。经过第二电极的气体流中的颗粒物质同样被给予负电荷，并且因而被吸引到收集电极上的正电荷并且由其保持。与能够结合本公开的示教来使用的静电除尘器的一般构造和操作有关的其它信息能够见于例如美国专利4502872，通过引用将其公开结合于此。
颗粒物质随时间而积聚在收集电极上，因而降低静电除尘器能够从气体流中去除颗粒物质的效率。为了防止这个问题，众所周知的是机械地锤打收集电极，即，一种称作振打(rapping)的技术。收集电极的这种振打使颗粒物质从收集电极落入设置在其下的收集仓，因而至少部分地将颗粒物质清洁出收集电极。
用于将积聚的颗粒物质清洁出收集电极的现有技术没有满足与清洁的速度和彻底性等等有关的市场预期。
本公开的一个目的是解决现有技术的上述缺点。
发明内容
按照第一方面，本公开讲授一种用于清洁具有收集电极和发射电极的静电除尘器的方法，该方法包括在收集电极与发射电极之间出现火花时降低施加在收集电极与发射电极之间的电压。
本公开的示教尤其源于认识到如下基础问题：在收集电极上积聚的颗粒物质即使在收集电极电连接到相反电荷的源、例如接地时也具有阻止颗粒物质快速排放的固有电阻率。换言之，积聚的颗粒物质本身充当与发射电极相对的大电容器，因而即使没有电压施加在收集电极与发射电极之间时也将收集电极与发射电极之间的电场保持非常多的时间。这种电场能够强到甚至当通过机械振打来强烈振动收集电极时也足以阻止从收集电极中移去积聚的颗粒物质。
本公开通过在适当时刻、即在收集电极与发射电极之间出现火花时降低、例如主动地降低施加在收集电极与发射电极之间的电压，来解决这个基础问题。
收集电极与发射电极之间的火花本征地等同于电荷在收集电极与发射电极之间的显著转移。所公开的在火花出现时降低施加的电压主动地增强通过火花开始的收集电极与发射电极之间的电场的击穿。因此，能够更快地驱散积聚的颗粒物质中的固有电荷，并且能够甚至使用常规清洁技术、如振打更快并且更彻底地来实现对收集电极的清洁。
该方法能够包括将收集电极与发射电极之间施加的电压降低到零或基本上为零的电压。类似地，该方法能够包括将收集电极与发射电极之间施加的电压从第一电压降低到第二电压，其中第一电压是紧接在火花出现之前在收集电极与发射电极之间施加的电压，以及第二电压是明显更低的电压，例如小于第一电压的1/10的电压、小于第一电压的1/100的电压。此外，第二电压能够具有与第一电压的极性相反的极性，即，第二电压能够是小于零的电压。
如以上所涉及的，在收集电极与发射电极之间施加降低的电压促进了收集电极与发射电极之间的电场的击穿，因而允许积聚的颗粒物质中的任何剩余电荷被驱散。积聚的颗粒物质的这种排放连同电场的击穿一起降低颗粒物质与收集电极之间的静电吸力，并且因而促进收集电极的清洁。
第二电压的范围应当确定成使得产生于颗粒物质中的预计剩余电荷与收集电极和发射电极之间的电场之间的静电交互的颗粒物质之间的吸力小于通过振打所带来的清洁力。当然，颗粒物质中的剩余电荷能够取决于第二电压的施加与振打操作之间的时间长度。
收集电极与发射电极之间施加的电压的降低能够在火花出现期间、紧接其停止之后或者在其停止之后不久执行。例如，能够在火花开始的10ms之内、火花开始的5ms之内或者火花开始的2ms之内执行电压的降低。类似地，能够在火花停止的10ms之内、火花停止的5ms之内或者火花停止的2ms之内执行电压的降低。与火花同时或者时间上非常接近地执行电压降低允许电压降低增强收集电极与发射电极之间的电场的上述击穿以及积聚的颗粒物质的对应排放。
该方法可包括机械地振打收集电极。如上所述，振打是用于从静电除尘器的收集电极中去除颗粒物质的被证实技术。本公开的其它示教易于与常规振打技术来协同加强，以便实现收集电极的意想不到地快速且彻底的清洁。
可在收集电极与发射电极之间施加的电压的降低期间和/或在所述降低之后执行振打。可在降低的电压、例如上述第二电压仍然施加在收集电极与发射电极之间的同时执行振打。在电压降低期间和/或之后执行振打确保振打在显著地使积聚的颗粒物质排放时进行，因而实现收集电极的更彻底清洁。
该方法可包括增加收集电极与发射电极之间施加的电压，直到收集电极与发射电极之间的火花出现。
往往希望按照预定计划来清洁收集电极。例如，在包括多个除尘器子单元(所谓的“场(field)”)的静电除尘器中，能够有利的是以循环方式来清洁各个子单元，其中一次只以降低的电压操作多个子单元其中之一，使得其余子单元能够保持可操作以用于从气体流中去除颗粒物质。
由于收集电极与发射电极之间的无意火花能够降低静电除尘器从气体流中去除颗粒物质的效率，所以一般希望在收集电极与发射电极之间施加的电压足够低以阻止收集电极与发射电极之间出现不受控制的火花。
为了确保收集电极的清洁能够按照预期计划来执行，能够有用的是，例如通过增加收集电极与发射电极之间施加的电压，直到这种火花出现，来主动地引起收集电极与发射电极之间出现火花。
收集电极与发射电极之间施加的电压的降低能够按照例如本领域的技术人员已知的任何方式来执行。例如，通过将收集电极和发射电极中的至少一个与用于提供电力以在收集电极和发射电极之间施加电压的电源分离，例如借助短接电路来短接收集电极和发射电极，例如借助接地电路将收集电极和发射电极中的至少一个接地，和/或例如通过向在收集电极与发射电极之间施加电压的电源发送零电压控制信号来在收集电极与发射电极之间施加基本上为零的电压，能够实现电压降低。
虽然以上在方法的上下文中描述了本公开的示教，但是这些示教同样可适用于对应设备或系统。
按照第二方面，本公开讲授一种用于清洁具有收集电极和发射电极的静电除尘器的系统，该系统包括电压降低控制器，该电压降低控制器配置成并且适合在收集电极与发射电极之间出现火花时降低施加在收集电极与发射电极之间的电压。
如上所述，收集电极与发射电极之间的火花本征地等同于电荷在收集电极与发射电极之间的显著转移。所公开的在火花出现时施加的电压的降低主动地增强通过火花开始的收集电极与发射电极之间的电场的击穿。因此，能够更快地驱散积聚的颗粒物质中的固有电荷，并且能够甚至使用常规清洁技术、如振打更快并且更彻底地来实现对收集电极的清洁。
该系统可包括火花检测器，火花检测器配置成并且适合检测收集电极与发射电极之间火花的出现。电压降低控制器可配置成并且适合在火花检测器检测到火花的出现时降低收集电极与发射电极之间施加的电压。例如，电压降低控制器可响应来自火花检测器的火花检测信号而降低所施加电压。火花检测器可通过监测流动到收集电极和发射电极的电流和/或收集电极与发射电极之间的电压来检测火花。火花检测器可响应电流的突然增加/电压的突然降低而输出火花检测信号。
在这里，重要的是注意从术语上区分收集电极与发射电极之间(固有地存在)的电压以及收集电极与发射电极之间(主动地)施加的电压。
当火花出现时，收集电极与发射电极之间的电荷的流动将固有地引起它们之间的电压下降，除非向收集电极和发射电极提供电荷能够补偿电荷的突然流动。如以上所涉及的，电压的这种被动下降能够指示火花的出现。
虽然电荷的上述提供可设法保持收集电极与发射电极之间的特定电压、即特定的所施加电压，然而这个电压可由于所有实际系统的固有缺陷、即由于其上述无能力补偿电荷的突然流动而下跌。在本公开的术语中，因固有缺陷而引起的电压的这种下跌没有被认为是所施加电压的(主动)降低。在这里，重要的是(不完美的)系统例如响应电压控制信号而设法施加的所施加电压。换言之，本公开的关键可被视为在于主动地降低收集电极与发射电极之间施加的电压或者响应对应电压降低控制信号而降低收集电极与发射电极之间施加的电压。
电压降低控制器可配置成并且适合将收集电极与发射电极之间的电压从第一电压降低到第二电压，如以上在方法的上下文中所述的那样。
电压降低控制器可配置成并且适合在火花出现期间、在火花开始的10ms之内、火花开始的5ms之内或者火花开始的2ms之内开始降低(收集电极与发射电极之间施加的电压)。类似地，电压降低控制器可配置成并且适合在上述时间范围之内完全完成该降低。
由于以上针对方法所述的原因，该系统可包括用于振打收集电极的振打机构。此外，该系统可包括振打控制器，振打控制器配置成并且适合在降低(收集电极与发射电极之间施加的电压)之后和/或期间借助振打机构来实现振打。振打控制器配置成并且适合在降低的电压、例如上述第二电压仍然施加在收集电极与发射电极之间的同时来实现振打。换言之，振打控制器可向振打机构发送对应信号，以便实现所述振打。
由于以上针对方法所述的原因，该系统可包括火花控制器，火花控制器配置成并且适合增加收集电极与发射电极之间施加的电压，直到收集电极与发射电极之间的火花出现。
为了降低收集电极与发射电极之间施加的电压，该系统可包括下列至少一个：电路断流器，配置成并且适合将收集电极和发射电极中的至少一个与用于提供电力以在收集电极与发射电极之间施加电压的电源分离；短接系统，配置成并且适合短接收集电极和发射电极；接地系统，配置成并且适合将收集电极和发射电极中的至少一个接地；以及电压提供系统，配置成并且适合例如响应零电压控制信号而在收集电极与发射电极之间施加基本上为零的电压。
附图说明
结合描述、通过附图将相关于其结构及其操作最好地理解本发明的新特征以及本发明本身。唯一的图1示出按照本公开的系统的一个实施例的示意图。
附图标记列表
2入口
4气体流
6出口
8气体流
9壳体
10静电除尘器
20火花检测器
21信号线
30控制器
31信号线
40A，B，C场(除尘器子单元)
42收集电极
44发射电极
46可控电源
47信号线
50振打机构
56锤子
58锤子
60漏斗
100系统
具体实施方式
图1示出按照本公开、例如如上所述用于使静电除尘器10排放的系统100的一个实施例。
如图1所示，静电除尘器10包括用于包含颗粒物质、如飞灰的气体流4的入口2以及用于从其中去除了大部分颗粒物质的气体流8的出口6。气体流4可以是例如来自在其中燃烧煤的炉的烟气。静电除尘器10具有其中设置了多个除尘器子单元、即所谓的场40A、40B和40C的壳体9，场40A、40B和40C的每个都能够在操作时从经过其中的气体流中去除颗粒物质。通常使用大量场。
每个场40A、40B和40C都包括至少一个收集电极42、至少一个发射电极44以及用于在收集电极42与发射电极44之间施加电压的可控电源46。因此，可控电源46可配置成并且适合将预期电荷施加到收集电极42和发射电极44的任一个或两者，以便改变收集电极42与发射电极44之间的电场的强度以及在一些情况下改变该电场的极性。由可控电源46所施加的电压/电荷可通过可控电源46所接收的输入信号47来规定。
收集电极42可具有任何形状。收集电极42可具有用于收集颗粒物质的大表面，并且例如可具有板状形状。在多个收集电极42的情况下，各个收集电极42全部可具有相同形状，或者可具有相同或不同形状的任何组合。
发射电极44可具有任何形状。为了提高能够将静电电荷传送到气体流中的颗粒物质上的效率，发射电极44可具有加强发射电极44附近或者其一部分附近的电场强度的形状。例如，发射电极44可采取导线的形状或者具有一个或多个尖峰。在多个发射电极44的情况下，各个发射电极44全部可具有相同形状，或者可具有相同或不同形状的任何组合。
虽然场40A、40B和40C示为具有单独电源46，但是同样可行的是提供用于按照能够独立地控制提供给一个或多个单独场40的功率的方式向每个场40A、40B和40C提供功率的公共电路。
对于每个场40A、40B和40C，静电除尘器10可包括对应振打机构50以及对应漏斗60。振打机构50可包括用于振打相应收集电极42以去除其上积聚的颗粒物质的一个或多个锤子56、58。漏斗60定位成使得收集从收集电极42振打的颗粒物质。可提供运送机构(未示出)，以便自动地运送走漏斗60中收集的颗粒物质以便适当处置。
如图1所示，系统100包括火花检测器20，火花检测器20用于例如通过监测收集电极42与发射电极44之间的电流和/或电压的突然变化，来检测收集电极42与发射电极44之间的火花的出现。
此外，系统100包括可配置成经由信号线21从火花检测器20来接收火花检测信号的控制器30。控制器30可以是具有多个设计成执行各种独立功能的子单元的一般用途控制器。当然，可采取分开的控制器的形式来实现这些子单元。
控制器30可包括经由信号线47与场40C的可控电源46进行通信的电压降低控制器子单元，电压降低控制器子单元配置成响应如上所述从火花检测器20接收到火花检测信号而指示可控电源46降低收集电极42与发射电极44之间施加的电压。以上论述了这种电压降低的定时和幅值。
为了降低收集电极42与发射电极44之间施加的电压，可控电源46可包括用于有选择地将收集电极42和发射电极44中的至少一个与电功率源或者与所有电功率源分离的电路断流器。类似地，可控电源46可包括用于有选择地建立收集电极42与发射电极44之间的短路的短接系统。同样，可控电源46可包括用于有选择地使收集电极42和发射电极44中的至少一个接地的接地系统。此外，可控电源46可配置成并且适合有选择地在收集电极42与发射电极44之间施加零电压。这些选择性操作的任一个例如可响应经由信号线47从控制器30或者更具体来说从其上述电压降低控制器子单元所接收的对应信号来执行。当然，可与可控电源46分开地实现电路断流器、短接系统和接地系统中的一个或多个，并且电路断流器、短接系统和接地系统中的一个或多个可经由一个或多个分开的信号线(未示出)与控制器30或者其一个或多个子单元进行通信。
控制器30可包括经由信号线31与一个或多个振打机构50进行通信的振打控制器子单元，振打控制器子单元配置成按照预定振打计划引起各个振打机构50的操作。例如，各个场40A、40B和40C、也就是说其收集电极42可按照循环方式经受振打操作。换言之，在一个场40A、40B或40C的收集电极42经受振打操作的同时，所有其它场40A、40B、40C都处于操作中，从而从经过其中的气体流中去除颗粒物质。当然，尤其是当存在大量场40A、40B、40C时，多于一个的场可在给定时间经历振打操作。
为了确保可如上所述在收集电极42与发射电极44之间施加降低的电压的同时来执行振打，控制器30可包括经由信号线47与场40C的可控电源46进行通信的火花控制器子单元，火花控制器子单元配置成指示可控电源46增加收集电极42与发射电极44之间施加的电压。火花控制器子单元可配置成响应从火花检测器20接收到火花检测信号而终止可控电源46的这种指示。因此仅在火花出现在这两个电极之间之前增加收集电极42与发射电极44之间施加的电压。
虽然控制器30仅示为且描述为与场40C的元件进行通信，但是控制器30或者其子单元可同样地与静电除尘器10的其它场40A、40B中的任一个进行交互。类似地，静电除尘器10的其它场40A、40B可与其它控制器(未示出)或者具有类似功能性的子单元进行交互。
可使用模拟电路和数字电路的任何组合、例如使用对应地编程的通用微处理器来实现控制器30。
虽然本文中详细公开和描述了本发明的各个实施例，但是本领域的技术人员将会清楚地知道，可在没有背离其精神和范围的情况下对本发明的配置、操作和形式进行各种变更。具体来说，要注意，除了本领域的技术人员易于清楚知道的无意义的特征之外，本发明的相应特征、甚至是只结合本发明的其它特征所公开的那些特征可按照任何配置相结合。同样，单数和复数的使用只是为了说明而不是要被理解为限制。
Claims (12)
1.一种用于清洁具有收集电极(42)和发射电极(44)的静电除尘器(10)的方法，所述方法包括：
在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间出现火花时将所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压从第一电压降低到第二电压；以及
在所述降低之后并且在所述第二电压仍然施加在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间的同时机械地振打所述收集电极(42)。
2.如权利要求1所述的方法，其中
所述第一电压是紧接在所述火花的所述出现之前在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压，以及
所述第二电压小于所述第一电压的1/10、小于所述第一电压的1/100或者零。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述降低在所述火花的所述出现期间、在所述火花开始的10ms之内、在所述火花开始的5ms之内或者所述火花开始的2ms之内开始。
4.如权利要求1或2所述的方法，包括：
增加所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压，直到所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间出现所述火花。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述降低包括下列至少之一：
-将所述收集电极(42)和所述发射电极(44)中的至少一个与电源(46)分离，
-短接所述收集电极(42)和所述发射电极(44)，
-使所述收集电极(42)和所述发射电极(44)中的至少一个接地，以及
-在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加基本上为零的电压。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一电压和所述第二电压具有相反极性。
7.一种用于清洁具有收集电极(42)和发射电极(44)的静电除尘器(10)的系统(100)，所述系统包括：
火花检测器(20)，配置成并且适合检测所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间的火花的出现；
电压降低控制器(30)，配置成并且适合在所述火花检测器(20)检测到火花的出现时将所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压从第一电压降低到第二电压；
振打机构(50)，用于振打所述收集电极(42)；以及
振打控制器(30)，配置成并且适合在所述降低之后并且在所述第二电压仍然施加在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间的同时通过所述振打机构(50)来实现振打。
8.如权利要求7所述的系统，其中
所述第一电压是紧接在所述火花的所述出现之前在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压，以及
所述第二电压小于所述第一电压的1/10、小于所述第一电压的1/100或者零。
9.如权利要求7或8所述的系统，其中，所述电压降低控制器(30)配置成并且适合在所述火花的所述出现期间、在所述火花开始的10ms之内、在所述火花开始的5ms之内或者所述火花开始的2ms之内开始所述降低。
10.如权利要求7或8所述的系统，包括：
火花控制器(30)，配置成并且适合增加所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加的电压，直到所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间出现所述火花。
11.如权利要求7或8所述的系统，包括下列至少之一：
-电路断流器，配置成并且适合将所述收集电极(42)和所述发射电极(44)中的至少一个与电源(46)分离，
-短接系统，配置成并且适合短接所述收集电极(42)和所述发射电极(44)，
-接地系统，配置成并且适合使所述收集电极(42)和所述发射电极(44)中的至少一个接地，以及
-电压提供系统，配置成并且适合在所述收集电极(42)与所述发射电极(44)之间施加基本上为零的电压。
12.如权利要求7或8所述的系统，其中，所述第一电压和第二电压具有相反极性。
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