[发明专利]气体清洁的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及从气体分离粒子。

背景技术

例如当燃烧木材、木材颗粒、泥炭或城市垃圾时，在燃烧过程中可能形成气溶胶粒子。气溶胶粒子还可能在工业过程中形成，例如热镀锌、焊接或者玻璃熔炼。所述气溶胶粒子通常对环境和健康有害。具体地，所谓的纳米粒子当被吸入时，因为可能会渗入人体肺部，所以它们可能导致健康问题。在工业过程中蒸发的有毒重金属也可能会浓缩并富集在纳米粒子中。术语纳米粒子在本文中是指直径小于或等于500nm的粒子。

已知气溶胶粒子可以通过利用过滤、或者通过利用静电滤尘器来与烟道气体分离。静电滤尘器通常特征在于低压降以及处理高粒子浓度的能力。

在常规静电滤尘器中，粒子通常借助电晕放电来充电，并且带电粒子借助电场移位到收集板。通常，充电和电移位设置为在相同体积内发生。在常规静电滤尘器中，目标在于将高电场与低电荷密度一起使用，因为与高电荷密度结合的强电场会增加能量消耗。在1-100μm状态的粒子的有效充电需要强电场。常规静电滤尘器通常被优化用于分离直径在1-100μm范围内的粒子。

另一方面，纳米粒子的有效充电需要在带粒气体中的高电荷密度。因此，当任务是分离纳米粒子时，常规静电滤尘器通常不是非常有效的和/或经济的。

清洁静电滤尘器的收集板的现有技术解决方案的问题在于，在清洁处理期间松散的粒子可能被捕获回气流。如果在清洁处理期间切断气流，那么这可以被避免。然而，这样会使得气体清洁系统变得更复杂。

粒子可以由电晕放电来充电以便充电与电移位分开地发生。然而，在那种情况下粒子会沉积在电晕电极附近的所有表面上，并且这样会使静电滤尘器的清洁更困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于气体清洁的设备。本发明的目的还在于提供用于气体清洁的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种气体清洁设备（500），包括：

- 充电单元（150），其设置为通过对带粒气体（FG）的粒子（P0）充电而形成带电粒子（P1）；

- 流动引导结构（30），其设置为通过引导所述带粒气体（FG）而提供气体射流（JET1）；以及

- 集电极，其具有设置为通过电场（E1）从所述气体射流（JET1）收集粒子（P1）的有效收集区域（EFFZ），其中所述有效收集区域（EFFZ）定位成所述有效收集区域（EFFZ）的每个点处的气体速度梯度（Δv/Δy）小于或等于所述气体射流（JET1）的最大气体速度（V_MAX）除以所述射流的高度尺寸（d1’）的10%，所述高度尺寸（d1’）在所述流动引导结构（30）的位置处确定。

根据本发明的第二方面，提供了一种从带粒气体（FG）分离粒子（P0、P1）的方法，所述方法包括：

- 通过对带粒气体（FG）的粒子（P0）充电来形成带电粒子（P1），

- 通过由流动引导结构（30）引导所述带粒气体（FG）来提供气体射流（JET1），

- 以及通过电场（E1）从所述气体射流（JET1）收集粒子（P1）到集电极（10）的有效收集区域（EFFZ），

其中所述有效收集区域（EFFZ）定位成所述有效收集区域（EFFZ）的每个点处的气体速度梯度（Δv/Δy）小于或等于所述气体射流（JET1）中的最大气体速度（V_MAX）除以所述射流的高度尺寸（d1’）的10%，所述高度尺寸（d1’）在所述流动引导结构（30）的位置处确定。

本发明的其他方面呈现在独立权利要求中。

根据本发明，首先对粒子充电，并且随后将带电粒子从气流分离到集电极，以便电极的有效收集区域基本上与气流分开。因此，在电极的清理处理期间，能够从电极去除粒子，以便它们不被捕获回到所述气流。结果，可以获得纳米粒子的高收集效率。

在一个实施例中，无粒子电离气体由离子源产生，并且粒子通过在混合区域中将电离气体与带粒气体混合来充电。结果，离子源不被污染，并且不需要清洁它。归功于将电离气体与带粒气体混合，停留时间可以变长，并且可以提高对纳米粒子充电的效率。

当分开执行粒子的充电和粒子的收集时，这样可以对选择气体清洁设备的操作参数提供相当大的自由。例如，可以使用高电场用于从气流移位带电粒子，而不会过分地增加气体清洁设备的电功耗。（当使用相同的电场来充电和收集时，较高的电场可能导致增大的电晕电流，并且随后也导致过分高的功耗）。