专利名称：用于从气体中消除不可燃烧颗粒的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，该装置用于消除存在于烟气和废气，尤其是柴油发动机废气中的颗粒，以及与木头燃料燃烧和通风空气相关的颗粒。
本发明的目的是获得一种装置，该装置用于消除/减少烟气和废气中固体颗粒的数量，从而减小环境污染，尤其是减小存在于靠近交通流量大的主要公路，或经常使用木头加热的附近的环境污染。
背景技术：
今天，大量存在处于燃烧碎片、球状和较大块状形式的木头加热，令人欣慰的是已经考虑作为可再生能源、生物燃料，由于燃烧期间产生的二氧化碳将返回到大自然并由增长的工厂进行吸收这一事实。
在工业木头加热中，对烟气的净化存在相当程度的要求，这意味着非常小的排放，但是在小规模范围内，经常处于“本能”使用木头采暖，并且由于为了尽可能长时间地保持热量而减少通入空气，所以通常在晚上会发生不完全燃烧。在寒冷或微冷的房间中醒来并在微冷的地板上走到炉子旁是非常不舒服的。然而，燃烧空气的通入不足将导致不完全燃烧，经常高温分解并产生一氧化碳，由于一氧化碳通过占据血液中的血红蛋白里承载氧气的位置而阻塞血液中氧气的输送，所以它是非常有毒的气体。
小规模的木头加热意味着处于木头中所含蒸汽(通常为25％或更多)形式的湿气的散发，但也散发大量颗粒，焦油或更多的重质烃，如多环芳香烃(PAH)、NOx、烃，如甲烷、乙醇、苯或其他醛类，如甲醇及一氧化碳和二氧化碳。由于燃烧中发生复杂的化学反应，所以难以确定在小规模木头加热的排放中不同物质之间的相互关系。
然而，非常清楚的是，潮湿的燃料产生更多的除NOx的排放，其中，潮湿的木头产生高出3倍的CO，高出5至10倍的焦油，高出10倍的轻质烃和高出30倍的PAH。
当提到一氧化碳的排放时，发生完全燃烧是非常重要的，这意味着根据火炉中空气也就是氧气的不完全混合，至少空气的化学计量(4.7标准立方米每千克干燥木头)，在大多数情况下严重超出至100％，以获得完全燃烧。
在二十世纪八十年代中期，陶瓷衬里的木头炉子引入瑞典，以获得改进的燃烧和改进的燃料内能吸收。尽管这样，仍然认为瑞典60％的PAH排放来自于木头加热，这是我们的首要唯一污染源。瑞典政府已经投资3千万SEK研究这些排放对健康的影响。
SE-C-513 391公开了用于完全燃烧固体燃料的装置，它包括两个结合在一起的燃烧室，其中一个是用于燃料的干燥和气化的燃烧室，第二个是用于燃烧已气化燃料的最终燃烧室，从而陶瓷衬里设置为两个燃烧室之间的分隔壁，过滤器允许气化的燃料通过而阻挡所含的固体物质进入最终燃烧室，从而迫使燃烧气体通过陶瓷过滤器，因而使燃烧温度上升至合适的燃烧温度。该装置意味着代替了普通的炉子。
NO-C-131,325涉及一装置，该装置用于通过将来自源头的气体导向到混合室中而使固体颗粒从气体中分离，在将液滴的进入速度加速到至少60米/秒，从而使液滴将固体颗粒捕获的条件下，将蒸汽和雾化液滴的混合物导入混合室中，从而在混合室中获得负压。因此，本发明涉及蒸汽和雾化液滴之间的比率。
US-A-6,019,819涉及捕获冷凝物的装置，其中冷凝物含有油和来自如法国烤土豆之类的食品处理的其它烃。
WO99/56854涉及将颗粒从热空气流中分离的方法，从而首先将相对湿度增至几乎饱和，然后将气体和颗粒绝热冷却，从而将含水颗粒上的冷凝水分离。
EP-A-0 110 438涉及一方法和装置，该方法和装置用于利用将水冷凝到气体中的颗粒上，并将含有颗粒的水滴分离，对含气颗粒进行净化。
然而，对于利用最终燃烧部分使得现有炉子能够减少有毒气体和化合物排放存在巨大需求，以及需要能够一方面消除小规模木头采暖中的颗粒，另一方面消除来自移动的柴油发动机或固定的柴油发动机的颗粒。
上述现有技术均无法满足这些需求。
发明内容
本发明涉及一种装置，用于从烟气和废气中消除颗粒，其特征在于，包括具有用于烟气或废气的入口的第一室，还包括可加热的燃烧区域，包括第二室，该第二室具有自所述第一室的用于所述气体的入口，以及包括用于收集颗粒的出口。
在本发明的优选实施例中，该装置还包括用于使所述气体扰动的装置。
在本发明的优选实施例中，该装置还包括用于添加雾化液体的装置，该雾化液体优选的是水。
在本发明的优选实施例中，该装置还包括用于含有冷凝物的颗粒的出口。
在本发明的另一实施例中，该装置还包括用于将燃烧辅助气体添加到第一室中的第二入口。
在本发明的又一优选实施例中，该装置还包括一热交换器，它设置在第二室中，进行气体和液体之间的热交换。
在本发明的再一优选实施例中，该装置还包括设置在第二室出口中的热交换器，用于在气体和气体之间进行热交换。
在本发明的再一优选实施例中，该装置还包括用于向所述可加热的燃烧区域中添加能量的装置。
在本发明的又一优选实施例中，该装置还包括用于使液体雾化的装置。
在本发明的又一优选实施例中，该装置还包括用于将液体转换成蒸汽形式的装置。
在本发明的又一优选实施例中，该装置还包括用于分离冷凝物的装置，该装置包括可旋转的螺旋离心机。
在本发明的再一优选实施例中，该装置包括设置在第二室的出口中的气体出口，在该气体出口中设有抽风机，以在第一和第二室中获得驱动所述螺旋离心机的负压。
在本发明的再一优选实施例中，尤其是用于柴油发动机废气的净化，该装置还包括具有入口部分的管状室，该室设置有气体渗透滤袋，它允许基本不含颗粒的气体通过到第二室，该装置包括设置在第一室中背离入口部分的端部处的制动面，以捕获颗粒，以及设有一燃烧区域，其与所述制动面连接设置，并且该装置包括一出口，该出口用于消除所收集的未燃烧颗粒。
在本发明的又一优选实施例中，该装置包括设置在入口部分中的温度感应开口，以在第一室中获得预定高温的烟气流，从而在该装置的制动面处安全捕获颗粒。
在本发明的又一优选实施例中，该装置将颗粒捕获并使其进行燃烧，所述颗粒具有小于1μm的颗粒尺寸，优选的是小于0.5μm，更为优选的是小于0.3μm，最为优选的是小于0.2μm。
附图描述现在将参照附图对本发明进行详细描述，然而在不限制到该详细描述或与之相关的实施例的情况下，在附图中附
图1示出了本发明所述装置的示意性剖视图，附图2示出了球团竖炉中木头加热的颗粒尺寸与颗粒数量的曲线图，附图3示出了附图1所述装置中烟气净化之后的颗粒尺寸分布，附图4示出了在净化步骤之前烟气颗粒的电镜图像，附图5示出了附图1所述烟气净化通过之后所获得的成团颗粒的电镜图像，
附图6示出了一装置的示意性实施例，该装置用于捕获并消除来自柴油机的颗粒，附图7示出了一装置的第二示意性实施例，该装置用于捕获并消除来自柴油机的颗粒，附图8示出了一装置的实施例，该装置用于捕获和消除来自附图6所述柴油机的颗粒，附图9示出了附图8所述装置尾气中的速率分布，及附图10示出了用于柴油机(未示出)排气管中气体流速调节的部分装置。
具体实施例方式
在附图1所述装置中，第一室1具有来自燃烧设备的入口3，如木头采暖炉(未示出)。空气入口4连接到入口3上，以获得空气的喷气补充。在第一室中有风扇5，以能够实现从空气入口4进入的空气和从入口3进入的烟气的完全混合。
在第一室1上方，设置有第二室2，它经过可加热燃烧区6连接到第一室1上，该可加热燃烧区可以是含有电加热的过滤器，或者从设置在第一室中下方的加热器7提供热量。细筛网8横跨第二室2的横截面设置在燃烧区域6上方。水入口9设置在细筛网8上方，经过该水入口可以将水和/或蒸汽加入到细筛网8上方形成雾化水汽。在第二室2的上部，具有用于热气和水之间的热交换的热交换器，即向水进行热辐射，该水作为建筑中房屋供热系统的水的一部分，或者是热自来水，或者是将热量输送到散热器的水。
该第二室2设置有烟气出口17，该烟气出口连接到用于气体和空气之间的热交换的第二热交换器10上。设有一冷凝器11连接到该热交换器10的气体部分上，用于来自气体的任何冷凝物的偏移(deviation)。
在冷凝器11中，合适地设置有螺旋离心机16。
风扇13设置在烟气出口12中，以将气体/空气排出第一室1和第二室2的系统。第二热交换器10设置有入口14和出口15，用于使空气穿过。出口15可以连接到建筑物的通风系统上，而出口14适合于直接连接到墙壁(未示出)中的新鲜空气入口上。
该系统运行使得850℃或以上并含有颗粒和挥发性光及重质烃的热烟气导入到第一室1的入口3中。烟气在此与利用风扇5通过空气入口4进入的空气混合。然后，这样混合过的烟气将通过燃烧区6，在该燃烧区中，包括CO(一氧化碳)在内的仍然可燃烧的气体燃烧成CO2和水的形式。同时，通过可连接到水管或冷凝器11上的水入口9加入水，与热的细筛网8接触的水受到汽化(雾化)，从而水将颗粒和重气体捕获，并进一步承载通过第一热交换器9，将在第一热交换器处对水进行热交换。然后，略微冷却到90至100℃的烟气输送至第二室的出口和第二热交换器10，在第二热交换器处将利用与空气的热交换进行进一步的冷却。尤其是在后一部分中，烟气中的水将冷凝，并与已经由来自木头加热炉中初始燃烧的烟气所承载的颗粒一起，汇集到具有出口21的冷凝器11中，未示出。
利用设置在烟气排出口12中的风扇13，烟气将随时经过两个室并通过两个热交换器。这种负压也将允许螺旋离心机16自转并提供排出烟气的较长输送路径，以对进入的水产生加强的冷凝。该螺旋离心机为设置在夹紧轴中的螺旋运输器，该轴经过陶瓷端轴承(ceramicpoint bearing)支承在离心机外壳中的轴承中。这样的螺旋线可以由惰性材料制成，如不锈钢或陶瓷。所进行的测试表明，螺旋离心机将很容易达到12至16000rpm的转速。
经过出口15排出的空气通常比环境温度高10℃，即通常大约为30℃。
所进行的测试已经显示出非常好的颗粒分离程度。于是，上述装置已经与木头加热炉(别墅炉)驱动的小球(pellet)相关地运行。
结果在下述图表中非常清楚。
图表
1.结果是在正常木头加热情况下得出的。从加热系统输出的效果为大约14.5千瓦。
2.为了使用含有比小球更多水分的燃料以模仿木头加热，通过向烟气中添加水得出结果。
3.像上面那样，向烟气中进一步添加水得到结果。
4.分离的百分比和100％之间的差是从设备中的金属释放的锈。
正如从上表中清楚看到的那样，将获得非常高的颗粒消除程度。
如附图2中清楚看到的那样，存在于来自球团炉的烟气中的颗粒主要部分的颗粒尺寸都小于1μm，从而最主要部分具有小于0.2μm的颗粒尺寸，尤其是0.1μm及以下。此处，该设备无法得到小于0.04μm的颗粒的结果。
如附图3中清楚看到的那样，颗粒在燃烧和凝聚之后具有超过6μm的颗粒分布，这些颗粒可以很容易分离出来。附图4示出了具有大约2μm尺寸的非凝聚颗粒，并且附图5示出了具有超过1mm尺寸的凝聚颗粒。非常明显，大颗粒可以很容易捕获和消除。
附图6和7示出了柴油机(未示出)的排气管中颗粒收集和消除装置的示意性实施例。该装置包括具有入口部分3的第一室1和气体渗透滤袋38，该气体渗透滤袋允许基本不含有颗粒的气体通过到达第二室2。在背离入口3的第一室的端部处，制动面39设置成壁的形式，垂直于排出管中的气流放置。可加热的燃烧表面/区域6设置成与该壁39连接。该燃烧区域利用从发动机(未示出)的发电机获得的电力进行合适的加热。而且，出口41设置成与燃烧区域6连接，用于使燃烧区域中最终燃烧的颗粒适当地连续或定期清除到倒空容器(未示出)中。在附图6中，该滤袋具有圆锥形状，而在附图7中采用径向平面(diametry plane)的形状。在柴油排出气体的净化方面应当注意，利用风扇(与上述例子的木头采暖炉不同，在上述例子中，抽风机放置在排出侧)将废气向前压入到排放系统中。通过利用压力风扇(pressingfan)，可以在排气管中获得合适的速度，在下面将进一步讨论该排气管。
附图8示出了一装置，大颗粒在其中进行收集，和/或直接清除到环绕燃烧区域的罩壳43中，较大颗粒在该罩壳中可以收集和/或直接随废气清除。
附图9示出了附图8所述装置周围的流速，从而区域A表示大约20米/秒，而区域B表示大约30米/秒。为了实现使尽可能多的颗粒到达制动面39，室1中的速度应当尽可能地高，即在这种情况下大约为30米/秒左右。
附图10示出了一装置，其中环绕滤袋38顶点的开口尺寸可以随温度而改变。空闲时，废气的温度和速度非常低，这就是开口的尺寸应当较小，以增大速度的原因。在具有增大的发动机温度和发动机载荷的情况下，废气的速度增大能够使得开口的尺寸增大。这可以利用环绕滤袋38顶点的双金属调整开口装置42实现。在这种情况下，该开口装置应当设计有彼此重叠的数个刀片部分，以有助于环绕滤袋的小开口。如果使用附图7所示的装置，则节流将具有另一种物理设计，并且能由一个或两个产生狭槽形开口的薄片制成。
本发明也可以用于空气的清洁，如通风空气，从而可以消除如过敏原、细菌和病毒之类的微观粒子。
权利要求
1.用于将不可燃烧颗粒从烟气和废气以及通风空气中消除的装置，其特征在于，它包括第一室(1)，该第一室具有烟气或废气或通风空气的入口(3)，它还包括可加热的燃烧区域(6)，它包括第二室(2)，该第二室具有来自所述第一室(1)的所述气体的入口，并且它包括收集颗粒的出口(11，21)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括用于使所述气体产生扰动的装置(5)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括用于使所述气体产生层流的装置(5)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括用于添加雾化液体，尤其是水的装置(9)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括用于将所述雾化液体冷凝的装置(11，16)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括用于含有冷凝物的颗粒的出口(11，21)。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于向第一室添加燃烧辅助气体的第二入口(4)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括热交换器(18)，该热交换器设置在第二室(2)中，用于气体和液体之间的热交换。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括热交换器(10)，该热交换器设置在第二室的出口(17)中，用于气体和气体之间的热交换。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括向所述可加热的燃烧区域(6)添加能量的装置(7)。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括用于将液体雾化的装置。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该用于将液体雾化的装置包括将液体转换成蒸汽形式的装置(8)。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用于分离冷凝物(11)的装置包括可旋转的螺旋离心机(16)。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括设置在第二室的出口中的气体出口，在该气体出口中具有抽风机，以在所述第一和第二室中获得负压，用于驱动所述螺旋离心机(16)。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括具有入口部分(3)的管状室(1)，该室设置有气体渗透滤袋(38)，该气体渗透滤袋允许基本不含颗粒的气体通过到达第二室(2)，它包括制动面(39)，该制动面设置在第一室(1)中背离入口部分(3)的端部处，以捕获颗粒，并且燃烧区域(6)与所述制动面(39)连接设置，并且它包括出口(41)，用于所收集的未燃烧颗粒的清除。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括温度感应开口，该开口设置在入口部分(3)中，以在第一室(1)中获得预定高速的烟气流，在该装置的制动面(39)处获得颗粒的安全捕获。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置捕获颗粒并使得颗粒受到燃烧，所述颗粒具有小于1μm的颗粒尺寸，优选的是小于0.5μm，更优选的是小于0.3μm，最好小于0.2μm。
全文摘要
本发明涉及一种装置，该装置用于从烟气和废气以及通风空气中消除不可燃烧颗粒，它包括第一室(1)，该第一室具有用于烟气或废气或通风空气的入口(3)，它还包括可加热的燃烧区域(6)，它包括第二室(2)，该第二室具有自所述第一室(1)的用于所述气体的入口，它包括用于收集颗粒的出口(11，21)。
文档编号B01D49/00GK1791768SQ200480013510
公开日2006年6月21日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者乌尔夫·约翰松 申请人:乌尔夫·约翰松