專利名稱：填充床洗滌器的剛性電極離子化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及從工業(yè)處理的排放流中提高微粒收集的系統(tǒng)和方法，更具 體地涉及一種系統(tǒng)和方法，其中收集是通過對微粒充電并利用電場力增加填充 床洗滌器系統(tǒng)中的收集而改善的。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)處理，尤其是例如廢棄材料或諸如玻璃纖維的高溫產(chǎn)生材料的焚 燒會(huì)在它們的排放流中散發(fā)出小的或亞微米級微粒，這些微粒一般被環(huán)境保護(hù) 機(jī)構(gòu)認(rèn)為是危險(xiǎn)的并受到限制。因此，長期以來人們都在尋求在進(jìn)入大氣前將 這類微粒從排放流中除去的系統(tǒng)和方法。
已經(jīng)研發(fā)出各種對微粒進(jìn)行靜電充電的系統(tǒng)，例如在以Bologa等人名義 公開于2004年7月22日的20040139853號美國專利申i青"Apparatus for the electrostatic cleaning of gases and method for the operation thereof" 的描述中公開了一種設(shè)備，其包括三個(gè)管道部分離子化和凈化部分，其中包 含在水飽和空氣中的微粒被離子化并隨后被引導(dǎo)通過具有接地壁的腔室，以使 部分微粒沉積在這些壁上；包括接地軟管的附加凈化部分，氣體通過所述接地 軟管而除去多余的充電微粒；以及過濾器部分，其中干性的剩余細(xì)粒從氣體流 中被除去。
應(yīng)當(dāng)理解，這些對微粒物質(zhì)進(jìn)行靜電充電的系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)早已是公知的。例 如，Lundgren等人于1995年5月7日獲得授權(quán)的5395430號美國專利"Electro —static precipitator assembly"公開一種靜電除塵器裝置，它包括管狀收 集器和懸置于其中的電極，其中電極包括基本圓柱形的收集部分和具有桿和充 電盤的充電部分，并且充電盤和收集器之間的間隙至少與電極的收集部分和收 集器之間的間隙一樣大。
靜電凈化系統(tǒng)的另外兩個(gè)例子是1994年11月15日授予Cameron的 5364457號美國專利"Electrostatic gas cleaning apparatus"禾n 1994年2 月1日授予Cameron的5282885號美國專利"Electrostatic gas cleaning process and apparatus"中有描述，它們均公開了用于收集微?；蛞旱蔚姆?法和設(shè)備，其中組合有充電裝置和凝聚設(shè)備以提供以低于傳統(tǒng)設(shè)備的成本工作 的凈化設(shè)備。另一個(gè)例子是1981年5月5日授權(quán)的、專利權(quán)人為Natarajan的4265641 號美國專利"Method and apparatus for particle charging and particle collecting"，該專利公開一種用于充電和收集亞微米級微粒的方法和設(shè)備， 藉此微粒由針板離子化器充電，該針板離子化器具有與板形成間隔的偏移針 行。經(jīng)充電的微粒被收集在具有偏轉(zhuǎn)電極和一對收集板的收集部分，其中偏轉(zhuǎn) 電極包括內(nèi)嵌在介電常數(shù)大于1的介電材料中的導(dǎo)體，該介電材料抑制偏轉(zhuǎn)電 極和收集板之間電弧的形成。在又一例子中，1980年9月16授予Argo等人的4222748號美國專利 "Electrostatically augmented fiber bed and method of using"公開~■ 種設(shè)備，該設(shè)備包括填充至床體的、50—1000微米平均直徑纖維的、接地的 纖維濾床；位于纖維濾床的上游以將電荷施加于微粒的靜電或離子化電場裝 置；以及用于纖維濾床的沖洗裝置，和可選用的接地靜電電極裝置，用來將所 收集的微粒從纖維濾床沖走和有選擇地從接地電極沖走。在操作中，微粒在靜 電裝置中被充電并且經(jīng)充電的微粒收集在纖維濾床中，在那里電荷通過沖洗液 /微粒混合物散發(fā)，由此在纖維濾床的纖維中不產(chǎn)生明顯的空間電荷效應(yīng)并避 免微粒的再飛散。用文式管增加氣流速度在1978年8月29日授予Schwab等人的4110086 號美國專利"Method for ionizing gases, electrostatically charged particles, and electrostatically charging particles or ionizing gases for removing contaminants from gas streams"中有記載，該專禾ll公開了用 文式管增加污染氣體的速度并引導(dǎo)氣體通過極度密集的、垂直于氣流的高靜電 電場，并在位于中央并具有精確尺寸的盤形電極和文氏喉管表面之間沿徑向向
外延伸。在下游，通過濕凈化處理或靜電沉積器收集充電微粒。相同的裝置公開于1978年6月6日授予Schwab等人的4093430號美國專禾U"Apparatus for ionizing gases ， electrostatically charging particles ， and electrostatically charging particles or ionizing gases for removing contaminants from gas streams"。同樣，1978年2月7日授予Hanson等人的4072477號美國專利 "Electrostatic precipitation processs，,公開了——禾中靜電沉積器，它根據(jù) 充電微粒與接地壁的互斥原理來工作，其中載有固體微粒的氣體流進(jìn)入收集部 分，在那里，以滴液、普通水形式出現(xiàn)的附加微粒以細(xì)噴液形式被注入載有固 體微粒的氣體流中，固體微粒和附加微粒或通過電暈或通過從電荷噴嘴噴注液 滴被充以靜電，并且當(dāng)充電的微粒通過沉積器的接地部分時(shí)，通過由空間電荷 產(chǎn)生的電場使一部分水微粒和固體被驅(qū)趕至接地壁。沉積的固體微粒被夾帶在 從壁流下并由沉積器抽干的結(jié)合水中。在1970年代，CeilcoteAPC研發(fā)出離子化濕式洗滌器(IWS)以將亞微米 級微粒從氣態(tài)排出流中去除。IWS系統(tǒng)在1976年5月25日授予Klugman等人 的3958958號美國專利"Method for electrostatic removal of particulate from a gas stream"中有記載。該專利公開了一種包括填充的濕式洗滌器的 方法，諸如水的洗滌液通過該洗滌器垂直流向下游并且要被凈化的氣體通過該 洗滌器沿橫貫于洗滌液流動(dòng)方向的方向流動(dòng)。要被處理的氣體流在流過濕式洗 滌器前被離子化以向氣體流中的微粒提供給定極性的電荷，并且一旦氣體流流 過濕式洗滌器，在充電微粒、電中性填充元素和液體之間的引力作用下，氣體 流中經(jīng)充電的微?？拷⒏接谙礈煲汉?或填充元素。在1975年4月1日授予 Klugman等人的3874858號美國專利中公開了類似的裝置。結(jié)合有靜電充電部分的IWS系統(tǒng)之后出現(xiàn)了填充床收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運(yùn) 作非常復(fù)雜并且代價(jià)很高。已利用其它靜電收集方法，然而它們在收集亞微米 級尺寸范圍內(nèi)的微粒時(shí)無法達(dá)到要求。Tri一Mer研發(fā)出一種云狀腔洗滌器(專 利tt5147423、 5941465)，它利用微粒在網(wǎng)狀電極中的離子化，然后在細(xì)微原 子化的液滴上進(jìn)行收集。 正如所理解的那樣，現(xiàn)有技術(shù)無法專門地解決問題以及由申請人達(dá)成的解 決方案。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供相比現(xiàn)存氣體污染控制技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)以及提供相 比離子化濕式洗滌器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于總體空氣污染控制工業(yè)，本發(fā)明提供下列方面本發(fā)明的主要目的是，提供一種通過對微粒充電并利用電場力增加填充床 洗滌器系統(tǒng)中的微粒收集而提高氣態(tài)排放流中的微粒收集的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是，提供能夠收集甚至是亞微米級大小的微粒的系統(tǒng)和 方法。本發(fā)明的又一目的是，提供相比傳統(tǒng)靜電洗滌器裝置而言可減少安裝成本 的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一目的是，提供這樣一種系統(tǒng)和方法，其中充電部分與收集部 分分離，從而當(dāng)將填充床洗滌器作為收集部分時(shí)，允許同時(shí)收集微粒和例如酸 性氣體、可凝結(jié)和可溶V0C等的其它污物并使用相同設(shè)備。本發(fā)明的又一目的是，提供對使用剛性螺桿電極的充電部分采用同心管配 置的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一目的是，提供用短外形充電部分以使對充電部分性能產(chǎn)生消 極影響的微粒收集最小化。本發(fā)明還有一個(gè)目的是，提供用減小所需覆蓋面積的垂直逆流設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 和方法。關(guān)于現(xiàn)存的離子化濕式洗滌器技術(shù)，本發(fā)明提供下列方面 本發(fā)明的另一目的是，提供一種相比傳統(tǒng)離子化濕式洗滌器技術(shù)而言可減 少操作成本的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一 目的是，提供相比傳統(tǒng)離子化濕式洗滌器技術(shù)而言可減少設(shè) 備覆蓋面積的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還有一個(gè)目的是，提供可減少與當(dāng)前用于離子化濕式洗滌器和一些
靜電洗滌器技術(shù)中的多重板和線設(shè)計(jì)相關(guān)的連續(xù)維護(hù)。本發(fā)明的另一目的是，提供這樣一種系統(tǒng)和方法，其用圓柱形接地部分而 不是沖洗板來消除板的永久沖洗以去除微粒，且保持充電部分干燥并允許將更 穩(wěn)定的高電壓施加于離子化器部分。本發(fā)明的又一目的是，將無需連續(xù)張緊的重螺桿電極代替在某些場合下容 易斷裂的線電極使用的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一目的是，提供采用自清潔流體床填充因而當(dāng)從氣體流收集微 粒時(shí)不會(huì)發(fā)生堵塞的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一目的是，提供允許匯聚的固體以漿料形式收集并由此使在操 作過程中產(chǎn)生的液體廢料最小化的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是，提供氣體流體的高速離子化，使充電部分的停留時(shí) 間最小化。這也使得在將要減少高電壓輸入的充電區(qū)域內(nèi)的微粒收集最小化。本發(fā)明的又一目的是，通過添加充電部分而允許現(xiàn)存填充床洗滌器的可以 方便地改裝，從而提高微粒的去除。為了實(shí)現(xiàn)前面的目的和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明簡單概況地說包括用于從氣態(tài)排放流 中去除微粒的離子化微粒洗滌器，所述洗滌器包括兩部分 一充電部分和一收 集部分。充電或離子化部分包括一個(gè)或多個(gè)短圓柱形管狀接地腔，每個(gè)接地腔 具有穿過其中心的剛性螺桿電極。變壓器/整流器(T/R)被設(shè)置成可將高電壓 DC能量提供給電極以使圓柱壁作為地面，從而使電暈形成在螺桿電極上。隨著 氣體流通過從電極流向圓柱壁的電流，氣體流中所含的微粒被靜電充電。氣體 流和充電微粒立刻從系統(tǒng)的充電部分被送至收集部分。收集系統(tǒng)包括采用液體 再循環(huán)系統(tǒng)和整體的沉淀池的、從上方連續(xù)沖洗的或固定床或流化床填充部 分。填充床提供通過化合機(jī)制進(jìn)行微粒收集的延伸表面。 一些較大的微粒是通 過在填充表面上的慣性碰撞而收集的。較小的微粒是通過填充材料中性表面的 庫侖力和象力吸引而收集的。在填充和沉淀中的接地桿將填充和再循環(huán)液保持 在中性，以將整個(gè)部分用作充電微粒的接地收集器。干凈氣體隨后通過夾帶物 分離器部分以去除液滴。干凈氣體從系統(tǒng)被排放至大氣或進(jìn)行進(jìn)一步處理?？?構(gòu)建在多級離子化后進(jìn)行收集的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)更高的微粒收集效果。


圖1是示出其兩部分的本發(fā)明的離子化微粒洗滌器的示意圖； 圖2是本發(fā)明的離子化微粒洗滌器的離子化器部分的示意圖； 圖3是示出在本發(fā)明的離子化微粒洗滌器中的多重充電管的典型配置的 橫截面較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明
參閱附圖，尤其是圖1，其中給出離子化微粒洗滌器并且總體以標(biāo)號10 表示。洗滌器10包括充電或離子化部分12和收集部分14。無需過份強(qiáng)調(diào)具有 兩個(gè)分離部分12、 14的重要性，因?yàn)樘热羲鍪占糠?4是一填充床洗滌器， 則在使用相同設(shè)備的同時(shí)也能收集微粒和其它諸如氣體、可水溶和可凝聚V0G 等的污物。充電部分12包括離子化器殼體28， 一個(gè)或多個(gè)圓柱形管狀接地腔 34的每個(gè)具有從中心穿過并延伸的剛性螺桿電極18。由于整個(gè)螺紋長度都是 對微粒充電的實(shí)際離子放射體，因此螺桿電極18提供了極長的有效電極長度。
高壓DC功率通過變壓器/整流器20被提供給電極18，所述變壓器/整流 器20通過絕緣體24由HV纜線22連接于電極18。具有通量(through-put) 套筒的絕緣體24被設(shè)置成可支承電極，電極在離子化器殼體28內(nèi)延伸并通過 管狀接地腔34。在較佳實(shí)施例中，系統(tǒng)10利用高壓DC變壓器/整流器20來提 供能量，并利用商用控制組件來控制高電壓并發(fā)生反應(yīng)以防止或使跳火最小 化。
電極18和管狀接地腔34共同作用，以當(dāng)由變壓器/整流器20提供DC能 量時(shí)，在螺桿電極18上形成電暈，其中管狀接地腔34用作地面。管狀接地腔 34通過接地接線片35連接于外部地面。
氣體入口 30或者形成于離子化器殼體28的一邊，或者如圖3所示設(shè) 置在離子化器殼體的頂部。入口 30被定位成允許包含微粒物質(zhì)的氣體流32 流過管狀接地腔34并通過剛性螺桿電極18。當(dāng)氣體流32通過從電極18 向離子化器殼體28的離子化器部分33內(nèi)的管狀接地腔34流動(dòng)的電流時(shí)，
氣體流32中所含的微粒被靜電充電。在較佳實(shí)施例中，離子化部分33相 對較短(在6英寸和12英寸之間)以使任何對離子化器部分33性能產(chǎn)生 不利影響的充電微粒的收集最小化。
在較佳實(shí)施例中，氣體入口 30的內(nèi)徑根據(jù)氣體流32的速度和體積改 變。管狀接地腔34的直徑接近12英寸；雖然可以理解根據(jù)氣體流32的速 度和體積可使用更大和更小的直徑。 '
一旦被充電，氣體流32通過出口腔或過渡部36離開離子化器殼體28 并流向管道38，管道38通向收集部分14的收集入口 40。收集系統(tǒng)14包 括恒定地從上方?jīng)_洗的固定的或流化床填充的部分42。洗滌液通過填充部 分42向下流動(dòng)并收集在液體沉淀池45中。提供再循環(huán)泵44和再生管43 以連續(xù)沖洗填充部分42。
填充部分42和液體沉淀池45通過接地接線片46接地。這允許將整個(gè) 填充部分和再循環(huán)液體用作氣體流32中充電微粒的接地收集器。包含充電 微粒的氣體流32通過填充部分42，在那里藉由充電微粒對接地填充物48 的慣性碰撞、庫侖力和象力(image force)吸引將充電的微粒從氣體流32 中除去。所產(chǎn)生的干凈氣體50隨后通過夾帶物分離器部分52以去除液滴。 干凈氣體通過收集排放口 54從收集部分14排放出去，在收集排放口 54的 氣體被排至大氣中或被進(jìn)一步處理?？稍谑占笸ㄟ^將多個(gè)充電部分12和 收集部分14串聯(lián)而配置多個(gè)離子化級以實(shí)現(xiàn)更高的微粒收集效率。
在較佳實(shí)施例中，填充部分42使用能減少所需面積或覆蓋面積的垂直 逆流設(shè)計(jì)。另外在較佳實(shí)施例中，收集系統(tǒng)14的垂直定向給予設(shè)備更小的 覆蓋面積并提高了收集效率。系統(tǒng)IO還允許高離子化速度和高收集速度， 這進(jìn)一步顯著減少了系統(tǒng)的整體覆蓋面積。較佳地使用流化床填充物48因 為它是自我凈化的并因此不會(huì)由于固體收集而產(chǎn)生堵塞。該填充物48還允 許凝聚的固體收集成槳料形式，由此使在操作過程中產(chǎn)生的液體廢料最小 化。
對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員很明顯的是，如這里提供的將充電部分12和收集 部分14分離具有額外的優(yōu)點(diǎn)。例如，可容易地將離子化部分12改裝到現(xiàn)
有的填充床收集系統(tǒng)，包括目前已經(jīng)安裝的Ceilcote IWS系統(tǒng)。這將減少 系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜度，提高性能并允許容量增加。垂直或水平流體填充床洗 滌器的大安裝底部還能將離子化部分附加至化學(xué)洗滌器系統(tǒng)以改善微粒收 集?？筛鶕?jù)垂直或水平流體定位離子化部分12以取得最佳位置條件優(yōu)勢。 可基于應(yīng)用要求改變速度?？苫趹?yīng)用改變圓柱形接地腔34的直徑和長度 來改變充電部分的停留時(shí)間。
權(quán)利要求
1. 一種將微粒從氣態(tài)排放流中去除的離子化微粒洗滌器，所述洗滌器包括 充電部分，所述充電部分包括一個(gè)或多個(gè)圓柱形管狀腔，每個(gè)所述圓柱形管狀腔具有從中延伸穿過的剛性螺桿電極，每個(gè)所述電極被提供以高電壓DC 能量以使電暈形成于其上，其中包含在離子化器殼體壁內(nèi)的所述圓柱形管狀接地腔用作接地端以形成所述電暈；以及包含沖洗填充部分的收集部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述離子化腔包 括離子化部分，所述氣體流中的所述微粒在所述離子化部分中被充電。
3. 如權(quán)利要求2所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述離子化部分 的長度在6—12英寸之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述高電壓DC 能量由變壓器/整流器提供。
5. 如權(quán)利要求4所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述變壓器/整 流器提供高電壓DC能量。
6. 如權(quán)利要求5所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述變壓器/整 流器通過HV纜線或匯流線電氣連接于所述剛性螺桿電極。
7. 如權(quán)利要求6所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述HV纜線用 通量絕緣器連接于所述剛性螺桿電極。
8. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述圓柱形管狀 腔包括氣體入口和氣體出口 ，所述氣體出口位于與所述腔的氣體入口相對的一 端。
9. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，還包括從所述充 電部分向所述收集部分延伸的管道。
10. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述填充部分 是從由固定床和流化床構(gòu)成的組中選擇的。
11. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述收集部分 還包括再循環(huán)泵。
12. 如權(quán)利要求ll所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，還包括連接于 所述沖洗填充床和所述液體沉淀池的接地桿。
13. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述收集部分 還包括夾帶物分離器。
14. 如權(quán)利要求13所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述收集部分 還包括用于將任何液滴從所述氣體流中除去的收集排放口。
15. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述沖洗填充 部分是垂直設(shè)置或水平設(shè)置的。
16. 如權(quán)利要求1所述的離子化微粒洗滌器，其特征在于，所述沖洗填充 部分使用垂直的逆流設(shè)計(jì)。
17. —種將微粒從氣態(tài)排放流除去的離子化微粒洗滌器，所述洗滌器包括 能夠產(chǎn)生高電壓DC能量的高電壓變壓器/整流器；充電部分，所述充電部分包括一個(gè)或多個(gè)圓柱形管狀腔，每個(gè)所述圓柱形 管狀腔具有從中延伸穿過的剛性螺桿電極，每個(gè)所述電極由HV纜線和絕緣體 電氣連接于所述變壓器/整流器，并且每個(gè)電極被提供以所述高電壓DC能量以 使電暈形成于其上，其中所述圓柱形管狀腔包括用作接地端以形成所述電暈的 內(nèi)圓柱壁，所述管狀腔包括離子化部分，所述氣體流中的所述微粒在所述離子 化部分中被充電，每個(gè)所述管狀腔還包括氣體入口和氣體出口，氣體出口位于 與所述腔的氣體入口相對的一端；收集部分，所述收集部分包括沖洗固定床或流化床填充部分、夾帶物分離器、沉淀池泵和收集排放口，用來將任何液滴從所述氣體流中去除；以及 從所述充電部分向所述收集部分延伸的管道。
18. —種將微粒從氣態(tài)排放流中除去的方法，所述方法包括下列步驟 提供離子化微粒洗滌器，包括充電部分，所述充電部分包括一個(gè)或多個(gè)圓柱形管狀腔，每個(gè)所述圓 柱形管狀腔具有從中延伸穿過的剛性螺桿電極，每個(gè)所述電極被提供以高電壓 DC能量以使電暈形成于其上，其中所述圓柱形管狀腔包括用作接地端以形成 所述電暈的內(nèi)圓柱壁；以及包含沖洗填充部分的收集部分； 對所述電極充電以形成所述電暈；使含有所述微粒的氣體流通過所述管狀腔，通過所述電極以由此對所述微 粒進(jìn)行靜電充電；使所述氣體流從所述充電部分流向所述收集部分；使含有所述充電微粒的所述氣體流通過所述沖洗填充部分以由此去除所 述微粒；以及將不帶有所述微粒的所述氣體流從所述收集部分中排出。 19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括使所述氣體流流過多個(gè)充電部分和收集部分的步驟。
全文摘要
提供一種離子化微粒洗滌器以將微粒從氣態(tài)排放流中去除，所述洗滌器包括兩部分一充電部分和一收集部分。充電或離子化部分包括一個(gè)或多個(gè)圓柱形管狀接地腔，每個(gè)管狀接地腔具有從中延伸穿過的剛性螺桿電極。設(shè)置變壓器/整流器(T/R)以將高電壓DC能量提供給電極以使圓柱形管狀接地腔用作接地端，從而使電暈形成在螺桿電極上。當(dāng)氣體流經(jīng)過從電極向圓柱形管狀接地腔壁流動(dòng)的電流時(shí)，氣體流中所含的微粒被靜電充電。收集系統(tǒng)包括恒定地從上方?jīng)_洗的固定床或流化床填充部分。填充部和液體沉淀池中的接地螺桿允許將整個(gè)部分用作接地收集器以對微粒充電。氣體流和充電微粒被立即從系統(tǒng)的充電部分送至收集部分，并且隨后使干凈氣體通過夾帶物分離部分以去除液滴。
文檔編號B03C3/16GK101124046SQ200680000459
公開日2008年2月13日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者W·查貝克 申請人:空氣處理動(dòng)力學(xué)有限公司