CN1276744A - 过滤器和静电分离器的组合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制粒状空气污染物的装置和方法,它将过滤装置和静电收集装置结合到一起。本发明包括一个腔室,该腔室中容纳有多排过滤元件(24)。在每排过滤元件(24)之间是一个接地板(26)。在接地板(26)和过滤元件(24)之间是用于在各排过滤元件(24)之间形成静电沉淀区域的电极栅(28)。这样,当通过沿反向通以脉冲空气来清除过滤元件(24)时,从袋子上去除的灰尘将收集在静电沉淀区域中而不是相邻的过滤元件(24)上。

Description

过滤器和静电分离器的组合装置
发明背景
发明领域
本发明涉及空气污染物的处理。具体而言，本发明涉及一种控制粒状空气污染物的装置和方法，但不限于此。
技术问题
在例如发电站或发电厂的工厂中，这些工厂可能产生由夹带在气态介质的固体物质、液体颗粒、细烟雾型颗粒、各种类型的烟尘、有害的灰尘或不易借助于重力与气态介质分离开的任何类型的悬浮固体物质所构成的粒状空气污染物。同样地，在例如食品工业、医药工业或化学工业的工业中，可能产生必须被收集的很细微的粉末。这种灰尘可能来自于包括燃料或废料的燃烧或热加工、化学加工、食品加工、水泥窑或粉末处理等的各种来源。
一种减少粒状空气污染物的现有技术方法采用了一个传统的脉动式喷气滤尘室。一般的脉动式喷气滤尘室包括多个单个的袋子或其直径为4-6英寸、长度为8-20英尺的过滤管，这些袋子或过滤管安装在且悬置于管板上。当废气经过袋子织物到达内部时，粒状灰尘被收集在袋子的外表面上，然后该废气通过袋子的顶部进入到一个净化的空气增压室并且之后从排气道排出。装在袋子内部的笼子用以防止该袋子在正常的过滤工艺中发生塌缩。为了清洁袋子，在每个袋子的上方安装空气喷嘴。通过使高压空气迅速喷射到袋子内部，袋子被清洁。空气的这种喷射使得袋子迅速膨胀并且瞬间使流经袋子的气流方向反向，这有助于将灰尘从袋子中清除。在一般的现有技术的滤尘室中，袋子以相隔几英寸的间隔排列成矩形阵列。通常通过喷射的空气顺序地清洁袋子，每次清洁一排袋子，而每排大约有十五个袋子。由于袋子间的间距小并且过滤将向前通过与正在被清洁的那排袋子相邻的两排袋子，所以从一排袋子中去除的大部分灰尘将容易重新收集在相邻排的袋子上。因此，在将空气喷射通过袋子之后，仅有非常大的灰尘块会到达料斗。这种在袋子清洁后重新分配和收集灰尘的现象是在较高过滤速度(也被称为空气-织物(A/C)比)下操作现有技术滤尘室的主要障碍。
控制粒状空气污染物的一种现有技术的方法在1990年2月27日授予Hovis等人的美国专利U.S.4904283中有所披露。这个现有技术的方法将过滤和静电沉淀结合在一个步骤中。在过滤袋的中央安装了一个高电压电极，将接地的电极编织在袋子中。这种方法的一个主要问题在于没有一种有效方式能在不发生重新夹带和重新收集的情况下将从袋子中收集到的灰尘传送到料斗中。
另一种收集粒状空气污染物的现有技术方法在1998年6月8日授予Plaks等人的美国专利U.S.5217511中有所披露。这个方法是将高压电极设置在各脉动式喷气清洁的袋子之间。这种方法的一个主要缺点也在于没有一种有效的方式能在不发生重新夹带和重新收集的情况下将从袋子中得到的灰尘传送到料斗中。
另一种收集粒状空气污染物的现有技术方法在分别于1991年6月18日和1992年10月27日授予Chang的美国专利U.S.5024681、5158580中有所披露。这种现有技术的方法采用安装在静电沉淀器下游的高比率织物过滤器并且包括选择在沉淀器和织物过滤器之间安装一个独立的预充电部分。也没有一种有效的方式能在不发生重新夹带和重新收集的情况下将从袋子中得到的灰尘传送到料斗中。
另一种收集粒状空气污染物的现有技术方法在1982年11月2日授予Helfritch等人的美国专利U.S.4357151中有所披露。这个现有技术的方法披露了一种颗粒物收集方法，它采用结合到同一个壳体中的静电收集和过滤，其中高压电极间隔开地设置在作为过滤器外壳的圆筒形多孔接地表面和位于圆筒形外壳内部的编织过滤介质之间。这个方法具有类似的缺点。
因此，需要一种能够有效且高效控制粒状空气污染物的设备和方法。
发明特征
本发明的一个总体特征是提供一种能够克服现有技术缺点控制粒状空气污染物的方法和设备。
本发明的另一个特征是提供一种采用过滤元件和静电沉淀区的组合以克服现有技术的问题来控制粒状空气污染物的方法和设备。
本发明的另一个特征是提供一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中将高压电极设置在过滤元件和接地板之间。
本发明的另一个特征是提供一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它包括一种以有效方式从过滤元件中部去除灰尘的方法。
本发明的其它特征、目的和优点包括：
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中多个过滤元件设置成排，接地板设置在各排之间，并且一个电极栅设置在每个接地板和过滤元件排之间。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中气体被引入到位于多排过滤元件的每一端的一个腔室中。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中气体从过滤元件下方被引入到一个腔室中。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它包括一个设置在静电沉淀区下方的料斗，该料斗用于收集从接地板上去除的灰尘。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它包括多个设置在各过滤元件上方的空气喷嘴，以便通过将空气喷射入过滤元件来清洁该元件。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它采用多个空气脉冲来从过滤元件上清除灰尘。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中静电沉淀区水平延伸经过过滤元件。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，其中静电沉淀区垂直延伸经过过滤元件。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它包括以锯齿形构型排列的多排过滤元件。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它采用具有一种织物的过滤元件，该织物由Gore-Tex薄膜过滤介质构成。
一种控制粒状空气污染物的方法和设备，它包括多个设置在各排过滤元件端部的导流板，以便将肮脏的空气流导向到静电沉淀区。
从以下的详细描述和权利要求中将显而易见本发明的这些以及其它特征、目的和优点。发明概述
本发明的设备和方法用于控制气态介质中的粒状空气污染物。本发明包括一个腔室、多个设置在腔室中的过滤元件、一个或多个设置在腔室中的接地板以及一个或多个设置在过滤元件和接地板之间用以形成静电沉淀区的高压电极，其中该腔室具有用以使气体流经该腔室的入口和出口。本发明可以选择性地包括一种通过将灰尘从过滤元件推向静电沉淀区来从过滤元件上有效且高效地去除灰尘的方法。
附图简述
图1是本发明优选实施方案的透视图。
图2是图1所示实施方案的透视图，其中顶板和管板被去除以便示出改进的混合颗粒物收集器(AHPC)容器的内部。
图3是图1所示实施方案的透视图，其中顶侧和两侧被去除。
图4是图1所示AHPC容器的剖视图。
图5是本发明的示意顶视图。
图6-8是示出本发明操作的剖视图。
图9是本发明另一个实施方案的透视图。
图10是本发明另一个实施方案的剖视图。
图11是本发明另一个实施方案的示意顶视图。
图12是本发明另一个实施方案的示意顶视图。
优选实施方案详述
下面将针对本发明的优选实施方案进行描述。本发明并不限于所描述的优选实施方案。本发明拟覆盖包括在本发明的精神和范围内的所有变换、改型和等同物。
图1示出本发明的改进的混合颗粒物收集器(AHPC)。AHPC容器10包括一起形成一个腔室的一对侧壁12和一对端壁14。设置在侧壁12和端壁14下方的是一个料斗16，该料斗如下所述收集颗粒物。设置在各端壁14上的是一个入口管道18，该入口管道用作AHPC容器10的废气入口或肮脏气体入口。设置在AHPC容器10上部的是一个连接于出口管道22的净化气体增压室20，该出口管道22用作一个废气出口。在操作中，污染的废气通过入口管道18被引入AHPC容器10中，并且通过出口管道22将净化过的气体排出。最后将从废气中去除的粒状空气污染物收集到料斗16中。
图2是AHPC容器10的一个透视图，其中净化气体增压室20的上表面和下表面被除去以便露出腔室的内部。同样，图3示出具有净化气体增压室20的AHPC容器10，其中一个入口管道18、出口管道22以及其中一个侧壁12和端壁14被除去。
如图2和图3所示，多个过滤袋24成排设置在AHPC容器10中。过滤袋24优选由围绕着钢丝笼子(未示出)设置的细长圆筒形袋子构成。过滤袋24的上端敞开并且(通过管板)与净化气体增压室20连通。袋子24在其下端被密封。过滤袋24的下端被封闭。当气体通过入口管道18被引入AHPC容器10中时，气体经过袋子24流入净化气体增压室20中。以这种方式，被引入AHPC容器10中的气体在离开AHPC容器之前必须流经过滤袋24。在这个优选的实施方案中，流经AHPC容器10的气流以8-24英尺/分钟的过滤速度流动。
在每排过滤袋24之间是一个接地板26。在每排过滤袋24和每个相邻接地板26之间的是一个电极栅28。每个电极栅28通过绝缘子30与AHPC容器10绝缘。每个电极栅28与其相邻的接地板26一起形成了一个静电沉淀(ESP)区32。因此，在各排过滤袋24的每一侧形成了一个ESP区32。这样，如下所述，当含有颗粒物的气体通过ESP区32时，颗粒物被收集在接地板26上。袋子24、电极栅28和接地板26优选间隔开，使得电极栅28距接地板26的距离要近于距袋子24的距离。在一个实施方案中，各袋子24距相邻电极栅28的距离为从袋子24到相邻接地板26的总距离的51％-80％。如图2和3所示，多个导流板34用以将气体从入口管道18导向ESP区32。
图5是AHPC容器10的示意顶视图，示出过滤袋24、ESP区32和导流板的布置。图5所示的箭头示出气体流经AHPC容器10的流动方向。如图所示，气体被引入腔室中，在此该气体通过导流板34被引入ESP区32。然后，气体经过滤袋24流入净化气体增压室20中，并且通过出口管道22(如下所述)排出。
图6-8是一排过滤袋的放大剖视图。图6-8详细示出本发明的操作。
为了更完整地理解本发明的操作，将AHPC容器10的壳体分成五个区域来示出是有帮助的，这五个区域处于连续流体接触。区域1包括入口管道和导流板，该导流板的作用是将肮脏的气体引入收集区域。区域2是静电收集区，它由多个高压电极或电极栅28以及接地收集板26构成。区域3是过滤区域，它由多个过滤元件或过滤袋24构成。区域4是设置在区域2和3下方的灰尘收集料斗16。区域5是位于区域2和3上方的净化增压室区域，它包括袋子清洁回吹管和喷嘴44、通向袋子24的增压室区域、以及将净化过的气体通向抽风机和排气道(未示出)的出口管道22。
图6示出本发明的正常颗粒物收集模式。如上所示，肮脏气体通过入口管道18(区域1)被引入AHPC容器10中。空气导流板34将气体引入到ESP区域32，该ESP区域设置在电极栅28和接地板26之间(图5)。导流板34使气体以涡流的方式流动，如图中箭头36所示。由于电极栅28和接地板26产生的电场，ESP区域中的颗粒物被立即充电并且以取决于粒子电荷和电场强度的速度(迁移速度)朝向接地板26移动。因为所有的气体流必须最终从区域2流至区域3并且经过袋子24，所以具有垂直于板的经过钢丝或电极栅28的速度分量。因为朝向板26的颗粒物的迁移速度将大于朝向袋子24移动的气体速度分量，所以大部分颗粒将收集在板26上而不是被载带通过电极栅28到达袋子24上。在理想的层流条件下，在正常的过滤过程中，只有迁移速度小于朝向袋子24的气体速度的颗粒会到达袋子24。然而，在正常的收集操作中，由于某些流动的分布不均和涡流的存在，小比例的灰尘(小于10％)可以到达袋子24。然而，由于颗粒充电，加强了对到达袋子24之过滤表面的颗粒的收集。由于存在附加的库仑力将颗粒驱动到接地或中性表面，所以带电的粒子更易于被收集。此外，由带电颗粒形成的灰尘饼将变得多孔，这会产生较低的压降。通过以下方式可以实现超高细微颗粒的收集，该方式为：在超过90％的灰尘到达织物之前将其去除、将颗粒预充电、以及采用适当的薄膜和织物来高效收集不会到达过滤表面的颗粒。在气体流经袋子24之后，该气体向上流入净化空气增压室20中，如箭头42所示。因此，进入净化空气增压室20的气体非常洁净。然后，将清洁的气体通过出口管道22(图1)送至排气道中。
图7示出袋子清洁工艺。因为灰尘积聚在接地板26和过滤袋24上，因此必须定期地将灰尘去除并且将其从区域2和区域3输送到料斗16或区域4。在每个过滤袋24上方的是一个脉冲喷嘴44，该脉冲喷嘴能将一个气体脉冲向下引导通过过滤袋24。每一次利用从脉冲喷嘴44流出的一个压缩空气或气体的反向脉冲来清洁一排袋子24。脉冲具有足够的能量来将大多数的灰尘从袋子24中去除。较大的结块落入料斗16中并且直接从区域3输送到区域4。然而，大多数的灰尘被重新夹带在因太小而不能直接落入料斗内的颗粒中。尽管这些是较小的颗粒，但它们聚结成与最初收集在袋子上的颗粒相比较大的颗粒。如上所述，在传统的滤尘室中，这些颗粒会被立即重新收集在袋子24上。采用本发明，袋子24被提供了具有足够能量和体积的脉冲，以便将重新夹带的灰尘推过高电压钢丝且回到区域2，即ESP区域，在此它们立即被充电并且被截留在板26上。由于这些被重新夹带的颗粒远大于那些最初被收集在袋子上的颗粒，与最初的细微颗粒相比，它们将更加易于被捕获在ESP区域中。
为了改善清洁工艺，本发明可以采用一种双重清洁脉冲。首先，在高压短持续时间脉冲后施加第二个低压长持续时间脉冲。优选地，第一个脉冲为15-150psig(磅/英寸2)，而持续时间为0.01-0.5秒。第二个脉冲为1-15psig，而持续时间为0.5-10秒。反之，使第一个脉冲为1-15psig，而持续时间为0.5-10秒。而使第二个脉冲为15-150psig，持续时间为0.01-0.5秒。当然，本发明可以采用一个脉冲，或者采用两个以上的脉冲。
优选地，板26在接近袋子清洁工艺的末尾将电场切断0.1-8秒钟来加以清洁，以便将灰尘从板26上去除。在另一个实施方案中，在袋子清洁和板子敲打步骤中，电场的极性是相反的。
其它排的袋子24、电极栅28和板26用作一个“电子屏蔽”来防止重新夹带的灰尘被收集在相同的袋子24上。板26防止灰尘被重新收集在相邻排的袋子24上。
必须定期地从接地板26上清洁灰尘层38。图8示出从接地板26上去除灰尘和颗粒或将灰尘从区域2输送到料斗16或区域4的板的敲打工艺。将高压电与电极栅28断开，敲打或振动接地栅26以便将随后落入料斗16中的大结块去除。一部分灰尘被重新夹带成为因太小而不能直接进入料斗16中的颗粒。大部分被重新夹带的颗粒被重新收集在板26上。由于敲打而被重新夹带的任何剩余的细微灰尘渗透到ESP区域32，该灰尘将以超高收集效率被过滤袋24所收集。板的清洁也可以无需断开高电压来实现。
图9示出本发明的另一个实施方案。图9示出一个AHPC容器10A，它基本上与图1所示的AHPC容器10相同，只是具有以下差别。在AHPC容器10A中，肮脏的废气是从各排过滤袋24的下方而不是侧面引入的。如图9所示，废气入口管道18A设置在AHPC容器10A腔室的下方，从而肮脏的废气是从各排过滤袋24和ESP区域32的下方引入的。废气必须向上进入到由相邻的接地板所限定的通道中，以便到达过滤袋24。出口管道22A和净化空气增压室20A与图1所示的相同。
图10示出本发明的另一种形式。图10示出一个AHPC容器10B，它基本上与图1所示的AHPC容器10相同，只是ESP区域32B与袋子24B相比向下延伸得更远。这个替换实施方案的目的在于在大部分灰尘到达过滤袋24之前将其捕获。通过比较图10和图4可以清楚地看到这个差别。
图11示出本发明的另一个实施方案。图11是类似于图5的视图，只是ESP区域32C水平延伸超过各排过滤袋24C。这样，由入口管道18C引入的气体在到达过滤元件或过滤袋24C之前必须经过延伸的ESP区域32。采用这个实施方案，废气在到达袋子区域之前必须经过一个延伸的静电区域32B。这个实施方案的目的在于确保在大部分灰尘到达过滤袋24之前被捕获。通过比较图11和图5可以清楚地看到这个实施方案中的差别。
图12是本发明的另一个实施方案。图12所示的实施方案基本上与图5所示的实施方案相同，只是ESP区域32D形成了一种锯齿形构型。如图所示，接地板26D和电极栅28D包括如图所示设置的多个直段。或者，接地板26D和/或电极栅28D可以是弯曲的或形成与图示锯齿形构型不同的构型。
为了最好的效果，本发明的过滤袋24应该由能够获得超高收集效率和能够经受频繁高能脉冲的高级织物构成。此外，所选定的织物应该在可能遇到的最恶劣的化学环境(例如高SO3)下是可靠的。过滤袋24优选由Gore-Tex毡上的Gore-Tex薄膜构成，该Gore-Tex毡由一层压在例如由W.L.Gore and Associates，Inc.制造的毡制或织物衬底材料上的微孔扩张聚四氟乙烯(PTFE)构成。另一种过滤元件包括采用由纸或织物制成的过滤芯子。优选的过滤芯子由W.L.Gore andAssociates，Inc.制造的被称为Gore-Tex轻脉冲过滤芯子的芯子构成。另外，可以采用任何其它适合的纸或织物过滤器类型。另一种过滤元件是一种陶瓷气体过滤器。一种合适的陶瓷气体过滤器的一个例子是由CeraMem Separations制造的商品名称为CeraMem的产品。
电极栅28优选由高压电晕放电电极构成，其采用钢丝或刚性框架的形式。优选地，采用定向电晕电极使得电晕朝向电极的板侧而不是后部。另外，可以采用任何其它类型的常规电极。在另一个实施方案中，可以采用设置在电极栅28和袋子24之间的一排接地钢丝来对袋子24进行保护。然而，一般而言，并不需要这种额外的一排接地钢丝，除非是在恶劣的电火花条件下。另一个可供选择的实施方案包括采用多重容器以供例如大型发电站使用。
在本发明的ESP和过滤模式之间具有主要的协同作用，其中一者改善了另一者的效果。在正常的操作和敲打过程中，过滤元件收集多余的ESP排放物，并且在清洁时ESP从过滤元件上收集重新夹带的灰尘，这将大大增强控制压降和在高A/C比下操作的能力。本发明产生高的收集效率，并且与传统的ESP装置相比需要非常小的板收集面积，而与传统的滤尘室相比需要非常小的过滤面积。在优选的实施方案中，织物在12英尺/分钟的A/C比下操作。相应所需的板面积的具体收集面积(SCA)将是72英尺2/千acfm。在2英尺/分钟的A/C比下操作的滤尘室具有与SCA为500的ESP相同的收集面积。因此，本发明的在12英尺/分钟下操作的装置与传统的在2英尺/分钟下操作的滤尘室相比其织物面积可减小83％，而与SCA为500的传统ESP相比其板面积减小了86％。在本发明中的组合收集面积与传统的滤尘室或ESP相比可减小69％。
通过依次将小量但调节有效的氨气(NH3)和三氧化硫(SO3)注射到滤尘室的上游也可以改善本发明的性能。当采用这种方式时，横穿滤尘室的压降较小，并且烟道排放物中的颗粒物质量显著减小。这种方法在题目为“作用到织物过滤器上的废气调节方法”(“Process of Flue GasConditioning Applied to Fabric Filtration”)的于1990年7月23日授予Miller等人的美国专利US5034030中详细描述了，该专利在此引入作为参考。
在附图和说明书中描述了本发明的优选实施方案，尽管应用了特定的术语，但它们是一般性的或描述性的，并非限制性的。在不脱离如下权利要求中进一步限定的本发明精神和范围的条件下，可以预料到形式上的变化、部件的比例以及等同物的替换。

Claims (14)

1.一种在过滤和静电沉淀装置中的过滤元件上清洁灰尘的方法，该静电沉淀装置具有多个过滤元件、至少一个接地表面和至少一个形成静电沉淀区域的电极表面，该方法包括以下步骤：设置多个过滤元件、至少一个接地表面和至少一个电极表面，使得电极表面设置在其中一个过滤元件和接地表面之间；将已经收集在多个过滤元件上的灰尘推向静电沉淀区域；以及将灰尘收集在接地表面上。
2.权利要求1的方法，其特征在于，推动灰尘的步骤还包括施加脉冲空气使之通过各元件以将灰尘推入静电沉淀区域的步骤，在该静电沉淀区域该灰尘被收集在接地表面上。
3.权利要求1的方法，其特征在于，多个过滤元件设置成多排，至少其中一个接地表面设置在各排过滤元件之间，至少其中一个电极表面设置在各排过滤元件和各相邻的接地表面之间。
4.权利要求3的方法，其特征在于，还包括将多个第二接地表面设置在各过滤元件和其相邻的电极之间的步骤。
5.一种用于收集颗粒物的过滤和静电沉淀装置，它包括：一个具有入口管道和出口管道的腔室，该入口管道将肮脏的气体引入所述装置中，该出口管道将净化过的气体排出所述装置；多个设置在腔室中的过滤元件，该多个过滤元件与所述装置的出口管道相连通；至少一个设置在腔室内的接地收集板；以及至少一个位于多个过滤元件和至少一个接地板之间的静电沉淀区域。
6.一种用于收集颗粒物的过滤和静电沉淀装置，它包括：一个具有入口管道和出口管道的腔室，该入口管道将肮脏的气体引入到所述装置中，该出口管道将净化过的气体排出所述装置；多排过滤元件，每一排包括多个设置在腔室中的过滤元件，该多个过滤元件与所述装置的出口管道相连通；多个大体与各排过滤元件平行的接地收集板，使得每排过滤元件与相邻排的过滤元件由至少其中一个接地收集板隔离开；以及多个位于各排过滤元件和接地板之间的静电沉淀区域。
7.权利要求6的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，所述多个静电沉淀区域包括多个设置在各排过滤元件和多个接地收集板之间的高压电极栅。
8.权利要求6的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，还包括多个设置在每个过滤元件上方的空气喷嘴，该空气喷嘴用于将喷射的空气引导到元件内。
9.权利要求7的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，每个过滤元件距相邻电极栅的距离为从过滤元件到相邻接地收集板的总距离的51％-80％。
10.权利要求7的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，还包括多个设置在过滤元件和高压电极栅之间的接地栅。
11.权利要求7的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，多个静电沉淀区域与过滤元件相比向下延伸得更远。
12.权利要求7的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，多个静电区域基本上延伸经过各排过滤元件的端部。
13.权利要求6的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，多个静电沉淀区域包括多个设置在各排过滤元件和多个接地收集板之间的定向电晕电极，其中定向电晕电极使电晕朝向收集板而不是过滤元件。
14.权利要求7的过滤和静电沉淀装置，其特征在于，多个成排的阻挡过滤元件设置成锯齿形的构型。
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Assignee: Fujian Longking Co., Ltd.

Assignor: Energy & Environmental Research Center Foundation

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Denomination of invention: Combination of filter and electrostatic separator

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License type: Exclusive License

Open date: 20001213

Record date: 20110121

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Granted publication date: 20060118

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