[发明专利]在烟道中产生高数密度离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于气体电子工程，大气压等离子体物理和流体力学等技术领域，涉及在烟道中产生高数密度离子的方法。

背景技术

我国电除尘器的数量占国内除尘设备市场总量的75％，中国已成为世界电除尘器生产、应用大国。2004年我国实施新的火电厂国家允许排放标准(50mg/Nm³)颁布，将使现有的新、老电除尘器中绝大多数难以达到新的烟尘允许排放标准，其主要原因是后级电场中微细烟尘捕集效率低的问题，这是对现有电除尘理论和技术的一种挑战。要使电除尘器达到新的标准，就需要在电除尘理论和技术上加大研究力度，以便取得突破性进展，把电除尘器技术推向更高的水平上发展。我国在电除尘技术及设备制造上一直是处于以跟踪研仿为主的阶段。电除尘的理论与技术均涉及气体电离放电物理学、高气压非平衡等离子体物理学及气体动力学等学科，是一门多学科交叉和融合的学科。由于相关学科研究取得了进展，这就为我国电除尘技术及设备的发展，提供基础理论及方法的支持。

由于采用电除尘技术处理工业烟尘及空气净化的工程数量成指数规律增加，引起学术界的关注，并进行有关电除尘理论与技术的研究工作。1980年Masuda，1990年与川慎太郎等人以及2001年王海宁等人分别进行了用高电压窄脉冲供电方法，改善了电除尘器的反(逆)电晕问题，使捕集高比电阻烟尘的效率有所提高。1990年白希尧等人进行了直流电场的同极性烟尘荷电凝聚技术的研究工作，烟尘驱进速度可提高2～6倍，改善了电除尘器的收尘性能。1992年阪本清等人采用间歇供电方法改善了高比电阻烟尘的荷电性能，解决了烧结烟气的除尘疑难问题。1995年Watababe等人和Hautanen等人，1997年许德玄以及2000年向晓东等人分别进行了离子荷电机理的试验研究工作。对0.06～12μm烟尘的除尘效率提高了3％左右。从上述实验研究表明，在直流、交变电场中的同极性、异极性离子对烟尘具有荷电凝聚作用。由于烟尘中的离子浓度低，导致烟尘荷电凝聚机率偏低。导致电除尘器捕集微细烟尘效率低，电除尘器体积庞大耗能高。为了提高烟尘的荷电凝聚率，又增设类似电除尘器的烟尘预荷电设置通常是靠增加几个变形电场来实现的。

众所周知，由于电晕电离电场强度存在着临界击穿电场强度的极限值(板线型，≤7.5kV/cm)，导致电除尘器中离子数密度存在一极限值，进而烟尘的荷电量、驱进速度也相应存在极限值。目前电收尘器均采用自动火花跟踪临界击穿电场强度的供电方法，使电收尘器运行在现有技术的最佳临界极限值上。可见，进一步提高电收尘器性能的可能性就很小了，这一问题引起了等离子体物理和气体放电物理学者的关注，并着手寻求解决问题的理论基础及方法。

发明内容

本发明的目的是解决现在电除尘器中离子浓度低(在10⁶/cm³左右)，粉尘荷电凝聚性能差，因而导致电除尘器捕集微细粉尘效率低，电除尘器体积庞大，能耗高等问题。

本发明的方法是利用烟道中气体分子动量4×10^-22g·m/s-40×10^-22g·m/s来解决电晕流光放电通道中本征电场对离子的束缚，将大幅度降低离子-电子、离子-离子的碰撞复合产生的损失率，可使烟道中离子浓度增加到10⁸/cm³--10¹⁰/cm³，比电除尘器中离子数密度高出1-2个数量级，大大地提高了进入电除尘器的粉尘在烟道中预先充分荷电凝聚机率。此法有助于解决电除尘器中粉尘荷电凝聚率低的问题。

本发明的技术解决方案：是在输送烟气的管道中放置1-5个直流或脉冲高电压放电装置，把管道中气体电离成O₂^-、N₂^-或O₂⁺、N₂⁺等离子；利用烟道中气体分子平均动量高达4×10^-22g·m/s-40×10^-22g·m/s，将使更多离子克服本征电场的束缚，大大地提高了离子输运项，通过设有高电压放电装置的烟道气体中将含有高密度离子，足以使进入电除尘器中的粉尘饱和荷电，有望解决目前电除尘器存在的问题。