TWI814046B - 可連續操作的新穎濕式靜電集塵器 - Google Patents
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Abstract
一種可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，其包括至少一集塵管及一放電電極設備。集塵管具有一圓柱形管壁、一氣膠入口、一排氣口及至少一注水口，氣膠入口及排氣口分別位於圓柱形管壁的兩端，注水口形成於圓柱形管壁。放電電極設備設於集塵管內並沿圓柱形管壁的一軸心延伸，放電電極設備具有多個分別位於圓柱形管壁不同軸向位置的放電電極列，各放電電極列具有多個呈放射狀排列的徑向放電電極。脈衝水流或是脈衝水霧可自注水口定期的沿著圓柱形管壁的切線方向注入，形成高速旋轉切線水流，有效清洗管壁上的粉塵餅。
Description
本發明是關於一種靜電集塵器，特別是關於一種可連續操作的新穎濕式靜電集塵器。
2013年世界衛生組織的國際癌症研究機構已將室外空氣污染物與懸浮微粒列為第一級致癌物質，暴露其中將提高罹癌風險，其中尤以細懸浮微粒(或稱PM2.5)對人體健康的危害最為嚴重。
現今被廣泛使用的有效PM2.5集塵設備主要為濾袋式及靜電式兩種。濾袋式集塵器收集效率高，但其缺點是操作壓損大、無法處理高溫、高濕廢氣及黏性大的物質。靜電集塵器(EP,electrostatic precipitator)對PM2.5的集塵效率高，壓損較低、可處理高流量廢氣及操作溫度範圍廣，在許多行業有很大的優勢。廣被使用的乾式EP其優點是操作容易，設計簡單。通常乾式EP以敲擊的方式進行清塵，然而常會伴隨著粒狀物再揚起的問題產生。此外，乾式EP也會因粉塵累積過厚導致背電暈現象降低除塵效率的現象，也不適合高黏性及液滴微粒與高電阻值微粒(>1010Ω‧cm)的去除。為了改善乾式EP的缺點，因而有濕式靜電集塵器(WEP,Wet EP)的出現，其特點在於利用連續流動的水流或水霧洗淨收集板上的粉塵餅，避免絕緣層的產生，同時也解決了在敲打收集板過程中產生的粉塵再揚起問題，因此對於次微米微粒的去除效率
較乾式EP高。
現有WEP的收集電極表面的清洗方法有噴霧法及水氣凝結法兩種。噴霧法即在集塵器上方或下方噴入液滴，使收集表面形成水膜以去除附著的粉塵。水氣凝結法是在收集板外側裝設熱交換器，當收集板溫度降低時，可使高溫廢氣內的水蒸氣凝結於收集板上形成水膜，進而達到洗滌的效果。
此兩種方法的缺點在於當水霧隨著氣流進入EP時，因液滴的導電性較粉塵微粒高，使得電場強度增加導致電崩潰的機會增加，造成電極板產生火花及短路。此外，現有WEP也容易因洗淨水的不均勻分佈造成電場崩潰的問題。除此之外，由於現有WEP所形成的水膜或是水霧動能不足，因此當用於處理黏度較高或高濃度負載的粉塵微粒時，經常無法有效去除高黏度粉塵微粒。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種可解決或至少緩解現有技術不足的WEP。
為了達成上述及其他目的，本發明提供一種可連續操作的新穎濕式靜電集塵器(下文中有時簡稱為nWEP，Novel Wet Electrostatic Precipitator)，其包括至少一集塵管及一放電電極設備。集塵管具有一圓柱形管壁、一氣膠入口、一排氣口及至少一注水口，氣膠入口及排氣口分別位於圓柱形管壁的兩端，注水口形成於圓柱形管壁。放電電極設備設於集塵管內並沿圓柱形管壁的一軸心延伸，放電電極設備具有多個分別位於圓柱形管壁不同軸向位置的放電電極列，各放電電極列具有多個呈放射狀排列的徑向放電電極。nWEP的脈衝水流或
是脈衝水霧可自注水口定期的沿著圓柱形管壁的切線方向注入，形成強勁的高速旋轉的脈衝水流或是水霧，達到有效清除粉塵餅的目的。
本發明的其他功效及特點將於下文搭配圖式一併詳細說明。
10:集塵管
11:圓柱形管壁
12:氣膠入口
13:排氣口
14:注水口
15:注水管
20:放電電極設備
21:放電電極列
22:放電電極
30:集塵器外殼
40:水槽
41:排水口
42:出氣口
50:電極清洗設備
第1圖為本發明第一實施例的新穎濕式靜電集塵器的示意圖。
第2圖為本發明第一實施例的集塵管的俯視示意圖。
圖3為本發明依圖1及圖2設計的單管nWEP的模廠測試結果。nWEP入口PM2.5濃度：35.75±2.54mg/Nm3，操作電壓：-35kV、電流：1.07mA，每15分鐘注入wWEP脈衝水流一次(每次10秒)，連續操作20小時。
第4圖為本發明第二實施例的濕式靜電集塵器的示意圖。
第5圖為本發明第二實施例的多個集塵管的俯視示意圖。
第6至8圖為本發明中集塵管的多個實施方式的俯視示意圖。
第9圖為本發明中集塵管的另一實施方式的側視示意圖。
第10圖為本發明第三實施例的濕式靜電集塵器的示意圖。
請參考第1、2圖，所繪示者為本發明濕式靜電集塵器的第一實施例，濕式靜電集塵器包括一集塵管10、一放電電極設備20、一集塵器外殼30及一水槽40。
集塵管10由導電材質製成並接地，其具有一圓柱形管壁11、一氣
膠入口12、一排氣口13、多個注水口14及數量與注水口14相同的注水管15。氣膠入口12及排氣口13分別位於圓柱形管壁11的兩端，注水口14形成於圓柱形管壁11並可提供定期地注入脈衝水流或是脈衝水霧而使脈衝水流或是脈衝水霧沿該圓柱形管壁11高速繞轉，注水管15切向連接於圓柱形管壁11並與注水口14連通，在可能的實施方式中，脈衝水流或是脈衝水霧注水口14的口徑小於注水管15管徑的二分之一，藉此讓脈衝水流或是脈衝水霧能貼著圓柱形管壁11高速流動。當脈衝水流或是脈衝水霧注水口14的口徑大於注水管15管徑的二分之一時，所注入的水流易呈柱狀水流，容易碰撞管壁，並可能無法沿管壁高速流動，並進而可能造成水與電極接觸導致火花而發生機台停機的問題。集塵管10是設置於集塵器外殼30內，集塵器外殼30是用以導引氣膠經由氣膠入口12進入集塵管10。在可能的實施方式中，前述導電材質可為金屬(例如但不限於碳鋼)、可導電塑膠或可導電探纖維。在其他可能的實施方式中，集塵管也可由吸水材質製成，並通過脈衝水流或脈衝水柱的注入而增加導電性。在其他可能的實施方式中，集塵管可包含塑膠圓管及設在塑膠圓管內表面的導電金屬、導電塑膠層、導電纖維層或吸水材料層。
放電電極設備20設於集塵管10內並沿圓柱形管壁11的一軸心延伸，其具有多個分別位於圓柱形管壁11不同軸向位置的放電電極列21，各放電電極列21具有多個呈放射狀排列的徑向放電電極22。放電電極設備20工作時被通以高壓電，與接地的集塵管10可形成電場並進行針尖放電，從而可使氣膠中的粉塵微粒帶電並吸附在圓柱形管壁11上。
水槽40設於集塵管10的下方，用以收集脈衝水流或是脈衝水霧，集塵管10的排氣口13連通於水槽。水槽40具有一排水口41及出氣口42，分別供
水流及氣流排出。
使用時，氣膠中的粉塵微粒被帶電而吸附在圓柱形管壁11上，同時，脈衝水流或是脈衝水霧經由注水口14注入集塵管10而沿圓柱形管壁11高速流動並將管壁上的粉塵微粒洗淨，脈衝水流或是脈衝水霧的高動能能負荷高黏度粉塵微粒及高濃度負載的工作環境，可以有效防止圓柱形管壁11持續累積粉塵，同時由於無須連續注水或是水霧，從而可以避免現有技術中連續使用洗淨水所產生電流短路的問題，並大幅降低洗淨粉塵所需的水量，且設備可以連續操作，無須停機清洗粉塵。
本發明依圖1及圖2設計了一個單管的nWEP模廠(廢氣流量為3立方米/分)並完成測試，脈衝水流沖洗粉塵的良好效果及微粒的高收集效率得到了驗證，測試結果如圖3所示。測試時氧化鋁測試粉塵微粒在nWEP入口PM2.5濃度為35.75±2.54mg/Nm3，操作電壓為35kV、電流為1.07mA，每15分鐘注入nWEP脈衝水流一次(每次10秒)，在連續操作20小時的過程中粉塵微粒的收集效率可維持在初始的87-90%，不會下降，如圖3的藍色圓形符號所示；反觀，在沒有注入脈衝水流的對照例中，在連續操作20小時內的粉塵的PM2.5收集效率會從初始的88%降低至54%。由此明顯可見，在有使用脈衝水流的情況下，nWEP可以維持高的收集效率，且在測試期間也沒有發生注入脈衝水流而導致系統短路當機異常的問題，由此可見定期式注入脈衝水流的方式不但可以維持高的粉塵收集率，也顯著提升了系統可靠度以及可以連續運轉無需停機，避免現有濕式靜電集塵器需要停機才能洗除粉塵餅以及可能的電崩潰問題。目前的nWEP的模廠測試受限於高電壓供應器而限制操作電壓為-35kV、電流為1.07mA，將來可以再提昇高電壓供應器的電壓或電流，可使PM2.5的收集效率提昇至95%以上或
更高。
請參考第4、5圖，所繪示者為本發明的第二實施例，其具有多個集塵管10，這些集塵管10採並聯設置(本實施例為3×3設置)，能增加系統處理負載量。在其他可能的實施方式中，至少一部份集塵管也可改採串聯設置，進一步增加微粒處理效率。
另一方面，本發明的集塵管中，脈衝水流或是脈衝水霧注水口、注水管的數量是可依設計需求而調整的，例如第6至8圖所示的實施方式中，集塵管10可具有數量不等的脈衝水流或是脈衝水霧注水口14及注水管15。此外，如第9圖所示，脈衝水流或是脈衝水霧注水口及注水管15的至少一部份是位於圓柱形管壁11不同的軸向高度，並可呈非對稱設置，可有效地清除粉塵。
如第10圖所示，在本發明的第三實施例中，濕式靜電集塵器還包括一電極清洗設備50，其設於放電電極設備20的上方，可輸出脈衝水霧或氣體以清洗放電電極22。在使用脈衝水霧的場合中，且脈衝水霧的液氣比較低的話，系統無須停機也可清洗放電電極。
10:集塵管
11:圓柱形管壁
12:氣膠入口
13:排氣口
14:注水口
15:注水管
20:放電電極設備
21:放電電極列
22:放電電極
30:集塵器外殼
40:水槽
41:排水口
42:出氣口
Claims (6)
- 一種可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，包括：至少一集塵管，具有一圓柱形管壁、一氣膠入口、一排氣口及至少一注水口，該氣膠入口及該排氣口分別位於該圓柱形管壁的兩端，該注水口形成於該圓柱形管壁；以及一放電電極設備，設於該集塵管內並沿該圓柱形管壁的一軸心延伸，該放電電極設備具有多個分別位於該圓柱形管壁不同軸向位置的放電電極列，各該放電電極列具有多個呈放射狀排列的徑向放電電極；其中，該注水口是間歇地注入脈衝水流或是脈衝水霧而使所述脈衝水流或是脈衝水霧沿該圓柱形管壁高速繞轉；其中，該集塵管具有數量與該至少一注水口相同的注水管，該注水管切向連接於該圓柱形管壁並與該注水口連通，該注水口的口徑小於該注水管管徑的二分之一。
- 如請求項1所述可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，更包括一集塵器外殼，該至少一集塵管是設於該集塵器外殼內。
- 如請求項1所述可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，更包括一水槽，用以收集所述脈衝水流或是脈衝水霧，該排氣口連通於該水槽。
- 如請求項1所述可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，更包括一電極清洗設備，設於該放電電極設備上方，用以清洗該些放電電極。
- 如請求項1所述可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，其中該集塵管具有多個注水口，該些注水口的至少一部份是位於該圓柱形管壁不同的軸向高度。
- 如請求項1所述可連續操作的新穎濕式靜電集塵器，其中集塵管包含塑膠圓管及設在塑膠圓管內表面的導電金屬、導電塑膠層、導電纖維層或吸水材料層。
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| TW110128184A TWI814046B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 可連續操作的新穎濕式靜電集塵器 |
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| TW201910003A (zh) * | 2017-08-08 | 2019-03-16 | 國立交通大學 | 可防止採樣誤差的高效率靜電微粒液相採樣器 |
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2021
- 2021-07-30 TW TW110128184A patent/TWI814046B/zh active
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