CN204866198U

CN204866198U - 从废气中收集微粒的设备及其中使用的装置

Info

Publication number: CN204866198U
Application number: CN201390000733.4U
Authority: CN
Inventors: A·莱蒂宁; M·拉伊哈; S·帕维莱宁; 约尔马·凯斯基宁
Original assignee: TASSU ESP Oy
Current assignee: TASSU ESP Oy
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2023-09-04
Also published as: CA2882898C; ES2660441T3; EP2892653A1; FI20125919A; US20150226427A1; CA2882898A1; WO2014037617A1; FI124675B; EP2892653B1; EP2892653A4

Abstract

本实用新型涉及一种从废气中收集微粒的设备及其中使用的装置，所述装置是一种形成电场以将废气的微粒收集在锅炉的收集器表面上的装置，该装置被设置在锅炉的选定的腔室(20)的内部，该装置包括：离子源，配备有电晕电极(303)，以在电晕放电的协助下产生气体离子(IK)；用于电晕电极(303)的高电压源(306)；以及风扇/保护气体连接件(304)，用于防止污染离子源(100)，且离子源(100)包括分离的本体(110)，用于从选定的腔室(20)分离电晕电极(303)，其中属于选定的腔室(20)的多个壁(200)形成电晕电极(303)的接地电势，离子源(100)的分离的本体(110)为电无源的。其与现有技术的方案相比更加有效而廉价。

Description

从废气中收集微粒的设备及其中使用的装置

技术领域

本实用新型涉及一种将废气中的微粒收集到选定收集器表面的方法，在该方法中：

-离开燃烧室的、包含微粒的废气被引导至由多个壁限定的选定腔室，选定腔室是废气的流动通道的一部分；

-在电晕电极的电晕放电的协助下，在相对于腔室的分离的本体中形成气体离子，其中电晕电极相对于离子源的收集器表面为高电压，离子源位于本体内部；

-所形成的气体离子被引导至由多个壁限定的选定腔室并与废气混合，从而在气体离子的协助下对废气中含有的微粒进行充电；以及

-带电的微粒被收集在收集器表面上。本实用新型还涉及相应的装置及设备。

背景技术

在许多自然和人工过程中会产生气雾(aerosol)微粒(即悬浮在气体中的颗粒)。自然过程的示例是来自植物的花粉颗粒、因气流和蒸发引起的海洋气雾、以及由风从地面上刮起的灰尘。最常见的人工过程是使用有机燃料，诸如在能量生产中使用化石或生物燃料。许多这样的气雾微粒对健康有害。自然过程中产生的颗粒可导致人类的过敏症状，而且在一些过程中还会产生有害的有机化合物。对于燃烧和工业过程中产生的颗粒而言，其通常不仅含有有害的有机化合物，而且含有重金属。当小颗粒(尺寸小于1微米)诱发身体的防御反应时，会纯粹因为它们的小尺寸而导致健康问题。

已知多种不同方法用于从气体中滤去气雾颗粒。其中最有效的是各种纤维过滤器和电过滤器。在纤维过滤器中，基于气雾颗粒作用于过滤器材料的惰性来进行分离。在电过滤器中，气雾颗粒被充电且它们的运动在电场的协助下受到影响，从而使得它们与收集器表面碰撞。电过滤器的优点是压降比较小，且比较容易使收集的固体从收集器表面脱离以进行后续处理。

在传统的电过滤器中，气雾颗粒通常是在电晕放电中产生的气体离子的协助下进行充电。带电气雾颗粒在外部电场的协助下被转移到收集板上。产生电晕放电的电极通常位于废气中且还能形成用于收集气雾颗粒的电场(所谓单级电过滤器)。该方法已知的缺点是要使电晕放电中所用的电极和高压绝缘体保持清洁。传统的电过滤器的操作还限制了设备的几何形状。只有柱形或平板结构才能获得良好的过滤效率。

传统的电过滤器可结合其它功能，诸如热回收。然而，这样就必须在由过滤限定的边界条件中进行操作，而热传递过程无法被优化。

在没有外部电场作用的情况下也可以收集气雾颗粒。这种被称为腔室充电过滤的现象是基于当将颗粒引导到收集器表面上时利用由单极带电颗粒产生的电场。由于内部电斥力的作用，由单极充电的气雾颗粒形成的云趋于扩大，而且在有限的腔室中，一些颗粒被驱使到壁上。然而，该方法不是特别有效，而且理论上通过使用该方法仅能获得大约40％的清洁效率。由带电气雾颗粒形成的电场不如外部电压源形成的电场那么强。此外，由气雾颗粒云形成的电场随着过滤过程而减弱。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种从废气中除去微粒的方法、装置和设备，其与现有技术的方案相比更加有效而廉价。根据本实用新型的方法的特性特征在所附权利要求1中陈述。根据本实用新型的装置的特性特征在所附权利要求11中陈述。根据本实用新型的设备的特性特征在所附权利要求14中陈述。

通过一种将废气中的微粒收集到选定的多个收集器表面上的方法，可实现根据本实用新型的目的，在所述方法中，离开燃烧室的、包含微粒的废气被引导至由多个壁限定的选定腔室，选定腔室是废气的流动通道的一部分。在电晕电极的电晕放电的协助下，气体离子在相对于腔室的分离的本体中形成，其中电晕电极相对于离子源的收集器表面处于高电压，离子源在本体内部，所形成的气体离子被引导至由多个壁限定的选定腔室并与废气混合，从而在气体离子的协助下对废气中含有的微粒进行充电。带电的微粒被收集在收集器表面上。在该方法中，分离的本体是离子源的电无源部分，而且是电晕电极的反电势，带电微粒的收集器表面由选定腔室的壁形成。该方法可在没有单独的收集区域的情况下实施，因为选定腔室的壁用作例如收集区域。

优选地，在该方法中，电场在气体离子的协助下形成，该电场至少在选定流体通道的特定长度上强于由电晕电极相对接地电势形成的电场。换言之，在根据本实用新型的方法中，通过使用由气体离子形成的电场来收集带电的气雾颗粒。由此，微粒的收集效率可上升至废气中含有的微粒总量的90％以上。

电晕放电可在电晕电极和相对于电晕电极处于接地电势的表面的协助下形成。

优选地，在3cm-30cm的长度上，优选在10cm-25cm的长度上，在气体离子的协助下产生的电场强于由电晕电极相对选定流动通道的接地电势形成的电场。

优选地，在该方法中所收集的微粒的尺寸小于10μm，优选为小于2μm。这些微粒在通常的纤维过滤器的协助下是极难收集的。

在电晕放电的协助下形成的气体离子的寿命可为30ms-150ms，优选为50ms-80ms。因此它们能够对相当大数量的微粒进行充电。

在该方法中，离子源的电晕电极的操作电压为击穿电压的50％-95％，优选为80％-90％。在不发生削弱过滤效果的击穿的前提下，电压尽可能最大化。

在该方法中，气体离子可与废气混合，其温度小于700℃，优选为小于500℃。在这样的温度下，微粒的收集可有效地进行。

根据一个实施例，在该方法中，气体离子在燃烧焰的范围之外的位置与废气进行混合。与燃烧相关而出现的离子不会干扰对微粒的充电。

在该方法中，相对于腔室所用的超压为50Pa-2000Pa，优选为100Pa-500Pa。因此产生足够的保护气体流，从而阻止废气进入到离子源本体。

根据一个实施例，微粒被收集在燃烧锅炉的内部。对微粒的收集可在例如烟囱中实施而不需要单独的处理阶段。

优选地，该方法中使用的操作电压和电晕电极与选定腔室的壁之间的距离成比例。

在该方法中，该装置能够被定位在这样的腔室，在该腔室中，废气在受到电晕电极影响的区域内的流速小于1.5m/s，优选小于0.5m/s。因此废气中含有的微粒可被适当充电并被有效地收集在锅炉的壁上。关于这点，术语“影响的区域”指的是围绕电晕电极的最大长度为30cm的区域。

在该方法中，离子源的本体的直径可为腔室的直径的20％-50％，优选为15％-40％。由气体离子形成的电场于是被形成为在选定腔室的整个区域中足够有效。

电无源的本体(electricallypassivebody)优选由陶瓷材料形成，其在操作温度下保持绝缘性能。因此会有效防止泄漏流的形成。

通过一种形成电场以将废气的微粒收集在锅炉的收集器表面上的装置，可实现根据本实用新型的装置的目的，该装置设置在锅炉内的选定腔室中。该装置包括：离子源，配备有电晕电极以在电晕放电的协助下产生气体离子；用于电晕电极的高电压源；以及风扇/保护气体连接件，用于防止污染离子源。离子源包括使电晕电极与选定腔室分离的本体，其中属于腔室的多个壁形成电晕电极的接地电势。离子源的本体为电无源的。

该装置的电晕电极的操作电压为击穿电压的50％-95％，优选为80％-90％。由此，能够确保电晕放电在所有状况下都能形成。

电无源的本体优选由陶瓷材料制造，其在500℃的温度下的电阻率为至少4*10⁶ohm-cm，优选为至少4*10⁷ohm-cm，最优选为至少4*10⁸ohm-cm。这样的陶瓷材料即使在高温下也能保持电绝缘性，且不会产生泄漏流。

通过一种从废气中收集微粒的设备，可实现根据本实用新型的设备的目的，该设备包括：由多个壁限定的腔室，用于使废气离开燃烧室；离子源，该离子源包括高电压电晕电极和反向面，用于产生气体离子，其中高电压电晕电极位于与壁所限定的腔室分离的分离本体内，反向面相对于电晕电极处于接地电势。而且，该设备包括风扇，位于属于本体的保护气体连接件之前，以防止污染离子源并使气体离子与废气混合以对微粒进行充电；以及收集器表面，用于收集带电的微粒。在该设备中使用了以上描述的装置。因此，由电晕电极产生的气体离子的数量和寿命增加，使得微粒的分离效率增加。

优选地，该装置定位在这样的腔室中，其中经过电晕电极的废气的流速小于1.5m/s，优选小于0.5m/s。由此，微粒能够被适当充电并被收集在腔室的壁上。同时，流速足够低，以使收集的微粒从壁上脱离的风险很小。

本体的直径为腔室的直径的10％-50％，优选为15％-40％。因此产生气体离子的电场在选定腔室的整个区域上足够强。

根据一个实施例，该设备包括和本体与壁之间的供应通道相连接的、用于供应保护气体的工具。在供应的保护气体的协助下，本体与壁之间的腔室保持清洁，从而不会出现引起泄漏流的表面层。

根据一个实施例，装置可在电晕电极的壳体内相对于腔室对准。因此产生的离子可被更加有效地引导以实现更好的清洁性能，同时还能增加颗粒接收到的电荷以增加收集效率。

根据一个实施例，提出一种形成电场以将废气的微粒收集在锅炉的收集器表面上的装置，所述装置被设置在所述锅炉的选定的腔室的内部，所述装置包括：离子源，配备有电晕电极，以在电晕放电的协助下产生气体离子；用于所述电晕电极的高电压源；以及风扇/保护气体连接件，用于防止污染所述离子源，且所述离子源包括分离的本体，用于从所述选定的腔室分离所述电晕电极，其中属于所述选定的腔室的多个壁形成所述电晕电极的接地电势，其特征在于，所述离子源的分离的本体为电无源的。

优选地，所述装置的电晕电极的操作电压为击穿电压的50％-95％，优选为80％-90％。

优选地，电无源的所述分离的本体由陶瓷制造，所述陶瓷在500℃的温度下的电阻率为至少4*10⁶ohm-cm，优选为至少4*10⁷ohm-cm，最优选为至少4*10⁸ohm-cm。

优选地，所述分离的本体的直径为所述选定的腔室的直径的10％-50％，优选为15％-40％。

优选地，电无源的所述分离的本体由陶瓷材料形成，所述陶瓷材料在操作温度下保持绝缘能力。

根据另一个实施例，提出一种从废气中收集微粒的设备，所述设备包括：由多个壁限定的选定的腔室，用于使废气离开燃烧室；离子源，包括高电压的电晕电极和反向面，用于产生气体离子，其中所述电晕电极相对于壁所限定的选定的腔室被定位在分离的本体内部，所述反向面相对于所述电晕电极处于接地电势；风扇，定位在属于所述分离的本体的保护气体连接件之前，用于防止所述离子源受污染并混合所述气体离子以对废气的微粒充电；收集器表面，用于收集带电的微粒，其特征在于，所述设备中使用了上述的装置。

优选地，所述装置被定位在这样的选定的腔室中，在所述选定的腔室中，废气在受到所述电晕电极影响的区域内的流速小于1.5m/s，优选小于0.5m/s。

优选地，所述设备包括和所述分离的本体与所述壁之间的供应通道相关联的、用于供应保护气体的工具。

优选地，就所述电晕电极而言，所述装置能够相对于所述选定的腔室对准。

在根据本实用新型的方案中，用于收集颗粒的电场的平均强度可增大到与传统的电过滤器中的外部电压源所产生的电场一样大。

因为在待清洁的实际气体的外部的保护气流中产生的离子既用来对气雾颗粒进行充电，还用来产生收集电场，所以电晕电极的脏污问题和绝缘问题被避免。

对气雾颗粒进行充电以及收集颗粒所需的离子既可同时产生(单级过滤)也可分别产生(二级过滤)。

根据一个实施例，对颗粒的充电和收集可在容纳待清洁气体的、部分受限定的腔室中实施。这样的腔室的一个示例是颗粒燃烧器的热交换器，其中已存在对收集的固体进行清洁的必要设备。第二个示例是准备与壁炉的灰尘盒相连接的烟道的部分，其中清空收集的固体可与清空灰尘盒相关。过滤器还可应用于特别为过滤器设计的部分受限的腔室中。

根据一个实施例，保护气体用于保持离子源和电晕电极的清洁。由此，本体的内外表面上的泄漏流和击穿均被避免。

根据本实用新型的方法和相应的装置及设备最适合从柴油和木材燃烧过程以及玻璃工业的过程的废气中清除微粒。来自木材燃烧的微粒的尺寸平均小于0.3微米，来自柴油燃烧的微粒的尺寸略微小于此数值，而玻璃工业过程中的微粒尺寸小于0.7微米。在根据本实用新型的方法中，使用封闭腔室的壁进行收集，可无需单独的收集器即可实施微粒的回收。

附图说明

在下文中，参照附图详细描述了本实用新型，所述附图描绘了本实用新型的一些应用，在附图中：

图1示出气体清洁装置，其包含为颗粒充电并产生过滤场的离子源，以及用于收集颗粒的表面；

图2示出气体清洁装置，其包含为颗粒充电的离子源、产生过滤场的离子源和用于收集颗粒表面；

图3a示出离子源的一个实施例的示意图；

图3b示出离子源的第二实施例的示意图；

图4示出传统的电过滤器的电场的场强的示例；

图5示出离子源的一个实施例产生的电场的示例；

图6示出根据本实用新型由离子产生的电场的场强的示例；

图7示出本实用新型的一个实施例；

图8示出本实用新型的一个实施例；以及

图9示出使用保护气体使离子源的本体保持清洁。

具体实施方式

为了清晰起见，附图仅示出了对于本实用新型的必要细节。本实用新型非必要的、且对于本领域技术人员而言显而易见的细节和结构，已在图中省略，从而突出本实用新型的特定特征。这些非必要细节之中包括燃烧室和热交换器的更多详细结构。

在根据本实用新型的方法中，通过将微粒收集在收集器表面上，来自例如锅炉的、含有微粒的废气被清除了微粒。在该方法中，例如，离开燃烧室的、含有微粒的废气被引导至由多个壁限定的、作为流动通道的选定腔室，例如，从锅炉向下流动的流动通道。与壁所限定的选定腔室分开的离子源位于流动通道中且包含高压电晕电极和电无源本体，电晕电极位于电无源本体中。离子源还可包括风扇，通过风扇将保护气体吹到电晕电极周围以防止脏污。电晕电极的高电压放电成为电晕电极与限定的腔室的壁(其相对于电晕电极处于地电势)之间的电晕放电，其与保护气体一同形成带电气体离子。换言之，在根据本实用新型的方法中，离子源的本体是电无源的。

当气体离子从离子源的本体导出时，它们与废气混合且同时气体离子对废气中含有的微粒进行充电。气体离子形成离子云，所述离子云通过由壁限定的腔室中的腔室充电现象而产生电场E，所述电场E将带电微粒VH驱使到选定腔室的收集区域KA所形成的收集器表面上，即驱使到选定腔室的壁上。由气体离子形成的电场优选为在选定腔室形成的流动通道的特定距离上强于由电晕电极相对于地电势而形成的电场。此距离优选为3cm-30cm，更优选为10cm-25cm，使得气体离子的寿命达到根据现有技术的方案的寿命的数十倍。带电微粒的收集器表面和电晕电极的反电势由选定腔室的壁形成。

图1示出根据本实用新型的装置的一个实施例。所论述的装置包括：由多个壁200限定的选定腔室20，其中有包含微粒的、待清洁的废气PK在流动；以及用于向选定腔室20供应离子化气体IK(即，气体离子)的离子源100。通过由离子源的本体110引起的湍流作用，由离子源100供应到腔室20的离子化气体IK能够与待清洁的废气PK混合。因为离子化气体IK的单极气体离子彼此排斥，所以气体离子I能够在静电力的协助下与待清洁的废气PK混合。离子化气体IK中包含的气体离子I对气体中的微粒H进行充电。微粒H可为例如固体或液体颗粒。气体离子I与带电微粒VH共同形成离子云IP。离子云通过腔室充电现象形成电场E，所述电场E将带电微粒VH驱使到选定腔室20的收集区域KA中形成的收集器表面KP上。

保护气体SK阻止脏的废气进入离子源100的本体110。保护气体的属性(诸如成分和温度)可被调整以优化过滤器的操作。通过使用多个单相过滤单元SU1，过滤输出可被改善。

图2示出根据本实用新型的装置的另一个实施例。所论述的装置包括：由多个壁200限定的选定腔室20，其中有待清洁的废气PK在流动；以及多个离子源100，用于向选定腔室供应离子化气体IK1和IK2。

通过由多个通道110引起的湍流作用，由离子源100供应到腔室20的离子化气体IK1和IK2能够与废气PK混合。因为离子化气体IK1和IK2的单极气体离子彼此排斥，所以气体离子I1和I2能够在静电力的协助下与待清洁的废气PK混合。由离子源100产生的离子化气体IK1中包含的气体离子I1对气体中的微粒H进行充电，其被收集在根据图1的收集器表面上。微粒H可为例如固体或液体颗粒。由第二离子源100产生的离子化气体IK2的气体离子I2与带电微粒VH共同形成离子云IP。离子云通过腔室充电现象形成电场E，所述电场E将带电微粒VH驱使到选定腔室的收集区域KA中形成的收集器表面KP上。虽然图2中的收集区域被示出为形成在第二离子源之后，但是应理解，与图1相应地，第一离子源之后也能形成其自己的电场和收集区域。

保护气体SK阻止脏的废气进入离子源100。保护气体的属性(诸如成分和温度)可被调整以优化过滤器的操作。通过以不同的结合方式使用多个充电器VA和收集器KE，过滤效率可被提升。

图3a示出离子源的一个优选实施例的示意图。在该图中，本体110与壁200之间的距离并未按照确切比例示出。离子源100可包括形成本体110的本体301(其由非导电材料制成)、气体引导件302、电晕电极303、用于保护气体SK的保护气体连接件304、高电压导体305、和高电压源306。离子源100位于容纳待清洁的废气PK的腔室20中，例如在流动通道中。气体离子在电晕放电中产生，所述电晕放电在电晕电极303与腔室20的壁200之间形成。腔室20的壁200应具有合理导电的材料且接地。术语“合理导电的材料”指的是一种导电性足以阻止大量电荷积聚在腔室20的壁200的内表面上的材料。

关于这一点，术语“电无源”指的是离子源的本体对于电晕电极303与腔室20的壁200之间发生的电晕放电具有足够的电绝缘能力，且电子不会进入到本体内。更具体而言，电阻率可用作隔离能力的计量，在500℃的温度下的电阻率应为至少4*10⁶ohm-cm，优选为至少4*10⁷ohm-cm，最优选为4*10⁸ohm-cm(根据ASTM-D1829标准测量)。除了其它方式以外，可以选择具有足够好的绝缘能力的物质来作为离子源100的本体301。可通过例如许多陶瓷材料(例如，尽可能纯净且具有上述电阻率的氧化铝，或一些其它相应的陶瓷材料)来获得足够的绝缘性。还可通过用电无源物质涂敷本体并使涂层内的部分保持足够冷来获得足够的电无源，从而不会发生泄漏流动。作为替代方案，还可以使用催化涂层来维持绝缘能力，例如根据柴油车辆中的已知原理。

通过对本体301的外表面进行造形以使表面放电的距离增加，可提升离子源100的本体301的绝缘能力。在图3a中，电无源部分由剖面线示出。在剖视图中，本体301的下部中是这种表面样式307的一个示例。离子源的本体301也可使用多种材料的结合物来制造。本体301可部分地由绝缘体(诸如陶瓷)制造，且部分地由例如金属制造。在离子源气体引导件302的协助下，能够增加保护气体流SK的速度并由此提高其维持清洁的效果。

在离子源的电无源本体的协助下，在电晕放电的协助下形成的所有气体离子从离子源送到由周围的多个壁限定的腔室。电无源的离子源本体不会用作破坏气体离子的接地装置，这与根据现有技术的方案不同，在根据现有技术的方案中，所形成的气体离子中仅有大约十分之一离开离子源本体到达选定腔室。借助电无源的离子源本体，当由气体离子形成的电场强于由电晕电极形成的电场时，至少在离选定腔室的部分距离上能够得到更大的气体离子密度。将气体离子驱使到壁上的电场平均小于根据现有技术的方案的电场。为此，气体离子的寿命是根据现有技术的方案的寿命的许多倍。基于这点，通过根据本实用新型的方法和相应的设备及装置，对于微粒能够获得大于90％的清洁效果。

在气体引导件302的协助下，还可以影响离子源100之后的保护气体SK的流动，以促进混合。通过保护气体连接件304，保护气体SK被引导至离子源100。保护气体SK可为基本无颗粒物的气体，这意味着颗粒物含量很少，使得在离子源内收集的颗粒不会引起离子源100的内部部件的明显脏污。保护气体SK可为例如空气、水蒸气、二氧化碳、氮气、或数种气体的混合。保护气体的压力、流量和温度可被调节以优化过滤器的操作。

在根据本实用新型的方案中，保护气体的压力可被保持为远低于根据现有技术的方案的压力，因为其任务是阻止离子源的脏污。然而，保护气体的压力应足够高以阻止废气进入离子源的本体。

电晕放电是通过在高电压源306的协助下将电晕电极303的电势升至电晕放电的阈值电压以上来产生的。高电压源通过高电压导体305连接到电晕电极。高电压源的其它终端接地。通过调节电晕电极的电势，可调节产生的离子I的数量。离子源所使用的高电压的数值与应用腔室的尺寸成比例。为了在电晕电极发生电晕放电，高电压是必须的，其最大值为大约7kV/cm。因此，在腔室的尺寸小于半米的情况下，根据所用腔室的尺寸确定的可用电压为10kV-200kV，优选为10kV-100kV。这意味着在半米的最大直径内可使用单个离子源。在更大的腔室中，腔室可被分割为数个较小的流动通道，在每个通道中均使用自己的离子源，从而即使在大的腔室中也能使用本方法。

根据图3a，离子源100的本体110是完全绝缘的，从而不会用作带电气体离子的接地。本体110可由管状部件形成，电晕电极303位于本体的中间。本体的截面也可为方形或相应的形状。本体110中优选地有后壁308，电晕电极303被引导穿过该后壁。在后壁308与本体110之间有保护气体连接件304，即保护气体通过该连接件被吹入本体110中。可例如在低功率风扇的协助下产生保护气体流，该风扇在本体内产生相对于围绕离子源的选定腔室的超压。风扇可为离子源的一部分或为锅炉风扇，或者可以使用单独的风扇。作为风扇的替代方案，也可以使用泵或压缩机来产生保护气体流。还可利用废气中的自然负压来产生保护气体流，在这样的情况下保护气体是由本体的负压的效果产生的，而没有单独的泵或风扇。在后壁308之后，本体110中有更大的腔室309，该腔室结束在本体110的端部的气体引导件302处。

气体引导件302的目的是在本体110的最后部分加速保护气体的流动，同时阻碍废气进入本体110。气体引导件例如可为多个部分，包括缩窄部310和扩散部311。这两部分可例如与本体110的纵向成30°-40°的角度。优选地，缩窄部310与扩张部311之间有颈312。电晕电极303的本体部313优选地结束在扩张部311与颈312的相接处，且分离的电晕针314(在其端部发生电晕放电)附接到本体部。换言之，电晕针314处于扩张部311的长度中。

根据本实用新型的装置中所使用的、对废气的气雾颗粒充电的离子源的技术在专利文献FI119468中被部分公开。

图3b示出离子源100的另一种实施形式。该实施形式与图3a中的形式的不同之处在于，该方案中本体110的端部在前壁315的协助下是封闭的，而本体110的侧面包括多个开口316。每个开口中均可设有一个电晕针314。

图4示出朝向根据现有技术的电过滤器中的收集器表面KP而形成的电场的多个分量E_i和E_iii的示例。电场E_i形成在电晕电极与用作反电极的收集器表面KP之间。如图4所示，电场E_i和E_iii在电晕电极附近是彼此相反的，这削弱了指向该区域中的颗粒的、朝向收集器表面的电场E的数值。在现有技术的电过滤器和根据本实用新型实施的电过滤器中，指向收集器表面KP的、由带电颗粒形成的电场均以相应的方式表现为由离子形成的电场E_iii，因此不再单独描述。

图5示出由离子云形成的电场的朝向收集器表面KP的分量E_iii在收集区域中不同位置处的量级的示意图。根据本实用新型的方案的特点是，至少在收集区域的特定长度上，电场E_iii在平均值上明显强于电场E_i。术语“在平均值上强于”在此处指的是电场E_iii在流动通道的特定长度的大部分长度上强于电场E_i，但在该距离上可存在某些特殊的局部区域，其中该强度关系是相反的。这样的区域可为例如流动通道的边缘处。

图6示出在收集区域中的不同位置处、由离子源的电晕电极形成的电场的朝向收集器表面的分量E_i的量级的示意图。带电微粒在收集表面上的收集效率受到微粒接收到的电荷、影响微粒的电场的朝向收集表面的分量的强度以及微粒在收集区域中的驻留时间的影响。影响微粒的电场的朝向收集表面的分量E由离子源的电晕电极产生的电场E_i、带电颗粒产生的电场E_ii和根据本实用新型的离子产生的电场E_iii组成，形成等式：

E＝E_i+E_ii+E_iii

在根据本实用新型的方案中，电场E_iii和E_ii在收集区域中强于E_i。电场E_i可被认为是现有技术的电过滤器中所用的收集电压。电场E_ii对应于现有技术的腔室充电过滤器中收集的颗粒所形成的电场。离子所形成的电场E_iii是本实用新型特有的促进收集的电场。电场E_iii也出现在现有技术的电过滤器中，但它在这些方案中对于过滤是不利的。

图7示出锅炉设备，其中有根据本实用新型的气体过滤装置的一个实施例。所论述的锅炉设备至少包含燃烧室710、连接到燃烧室的热交换器730、通向烟道740的连接件和用于将离子化气体IK供应到待清洁的废气流PK的离子源100。此外，与热交换器730相关地设有适合清洁热交换器表面的操作元件732，以及灰尘盘750。离子源应位于燃烧室的火焰的范围之外，因为在燃烧期间即刻形成的离子会妨碍微粒的清洁。此外，对于清洁而言，优选的温度为小于700℃，最优选为小于500℃。离子源100供应的离子化气体IK的离子对于待清洁的废气PK的微粒进行充电。在热交换器730的区域中，离子源100供应的离子化气体IK的气体离子形成电场，即充电场，在其作用下带电废气颗粒被收集到热交换器730的壁200上。

当收集在热交换器730的壁上的颗粒落入收集盘750中时，它们可在清洁元件732的协助下被分离。保护气体SK阻止脏污气体进入离子源100。保护气体的属性(诸如成分和温度)可被调节以优化过滤器的操作。清洁元件732可为例如某种清扫元件，例如连续操作或间歇操作的螺旋形物件(spiral)或所谓颤振器(flutterer)。清洁也可在操作期间进行。

图8示出锅炉设备，其中有根据本实用新型的气体过滤装置的一个实施例。所论述的锅炉设备至少包含燃烧室810、连接到燃烧室的烟道820、通向烟道850的连接件、灰尘盘840和用于将离子化气体IK供应到待清洁的废气流PK的离子源100。离子源100供应的离子化气体IK的离子对于待清洁的废气PK的微粒进行充电。离子源100供应的离子化气体IK的气体离子在灰尘盘840(即选定腔室)内形成电场，其结果是带电废气颗粒被收集在灰尘盘840的壁845上。灰尘盘840可被清洁，例如通过将其拆下并使其中收集的灰尘震动到适当的容器中。保护气体SK阻止脏污气体进入离子源。保护气体的属性(例如成分和温度)可被调节以优化过滤器的操作。离子源的本体优选为对准的，使得带电颗粒收集在入流侧的腔室的壁上。因此在清洁中分离的微粒不会经过离子源逃逸。

根据本实用新型的方法和相应的设备与装置可用于在锅炉中直接清洁废气微粒。本实用新型可应用为改进现有的燃烧过程，其仅需要用于离子源的开口。应用场合可为0.01MW–5.0MW的锅炉，优选为20MW-100kW的锅炉。

根据本实用新型的方法通过某些变型还可应用于清洁流动通道中的各种固体和气体的结合物，例如，用在公寓中的空调管道中。该方法中所用的装置则应根据应用场合进行调整。

根据一个实施例，该装置包括(根据图9)保护气体源，其用于使离子源的本体110的电晕电极303和供应通道322保持清洁。供应通道322在这里指的是外表面的一个区域，其中在保护气体的协助下，阻止脏污以及电导体层的污垢的形成。由此可防止形成泄漏流和故障。该性能实际上降低了维护和清洁该装置的需求。在实践中，保护气体通过可作为保护气体源的保护气体连接件304而来，被导向分离连接件320，所述分离连接件用作通向区域322的保护气体通道。如图9所示的保护气体源也可被认为是其它附图中所示实施例的一部分。

当表面上的杂质烧尽或变得不导电时，为了清洁和防止污染本体与锅炉壁之间的接合处，还可以通过清扫、通过自清洁式光学或热力学催化剂表层、和/或通过将表面温度升至足够高，以对离子源的本体的外表面使用机械清洁。

在图3b的实施例的协助下，可以相对于废气PK的流动方向而将电晕电极303设置在所需位置，从而减少/防止电极303的脏污。当电场E的强度相对于特定收集器表面KP可进行调节时，该实施方式允许将离子云引导至收集器表面。通过对准电晕电极，可以尝试将颗粒收集到锅炉的所需部分的金属表面上，例如，使得收集到的颗粒可通过锅炉中的清扫装置而被移除。

Claims

1.一种形成电场以将废气的微粒收集在锅炉的收集器表面上的装置，所述装置被设置在所述锅炉的选定的腔室(20)的内部，所述装置包括：离子源，配备有电晕电极(303)，以在电晕放电的协助下产生气体离子(IK)；用于所述电晕电极(303)的高电压源(306)；以及风扇/保护气体连接件(304)，用于防止污染所述离子源(100)，且所述离子源(100)包括分离的本体(110)，用于从所述选定的腔室(20)分离所述电晕电极(303)，其中属于所述选定的腔室(20)的多个壁(200)形成所述电晕电极(303)的接地电势，

其特征在于，所述离子源(100)的分离的本体(110)为电无源的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的电晕电极(303)的操作电压为击穿电压的50％-95％。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置的电晕电极(303)的操作电压为击穿电压的80％-90％。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电无源的所述分离的本体(110)由陶瓷制造，所述陶瓷在500℃的温度下的电阻率为至少4*10⁶ohm-cm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述陶瓷在500℃的温度下的电阻率为至少4*10⁷ohm-cm。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述陶瓷在500℃的温度下的电阻率为至少4*10⁸ohm-cm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离的本体(110)的直径为所述选定的腔室(20)的直径的10％-50％。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分离的本体(110)的直径为所述选定的腔室(20)的直径的15％-40％。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电无源的所述分离的本体(110)由陶瓷材料形成，所述陶瓷材料在操作温度下保持绝缘能力。

10.一种从废气中收集微粒的设备，所述设备包括：

-由多个壁(200)限定的选定的腔室(20)，用于使废气(PK)离开燃烧室；

-离子源(100)，包括高电压的电晕电极(303)和反向面，用于产生气体离子(IK)，其中所述电晕电极相对于壁(200)所限定的选定的腔室(20)被定位在分离的本体(110)内部，所述反向面相对于所述电晕电极(303)处于接地电势；

-风扇，定位在属于所述分离的本体(110)的保护气体连接件(304)之前，用于防止所述离子源(100)受污染并混合所述气体离子(IK)以对废气(PK)的微粒(H)充电；

-收集器表面(KP)，用于收集带电的微粒(VH)，

其特征在于，所述设备中使用了根据权利要求1所述的装置。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述装置被定位在这样的选定的腔室(20)中，在所述选定的腔室中，废气在受到所述电晕电极(303)影响的区域内的流速小于1.5m/s。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，在所述选定的腔室中，废气在受到所述电晕电极(303)影响的区域内的流速小于0.5m/s。

13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述分离的本体(110)的直径为所述选定的腔室(20)的直径的10％-50％。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述分离的本体(110)的直径为所述选定的腔室(20)的直径的15％-40％。

15.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备包括和所述分离的本体(110)与所述壁(200)之间的供应通道(322)相关联的、用于供应保护气体的工具。

16.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，就所述电晕电极(303)而言，所述装置能够相对于所述选定的腔室(20)对准。