混合式尘埃颗粒收集器系统的制作方法

专利名称：混合式尘埃颗粒收集器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合式尘埃颗粒收集器系统，其包括静电除尘器和位于所述静电除尘 器的下游的屏障过滤器(barrier filter)。本发明还涉及用于在这种混合式颗粒收集器中 去除尘埃微粒的方法。
背景技术：
在锅炉和其它类型的燃烧装置中，常常需要从在燃烧过程中产生的烟道气中去除 颗粒物质，例如飞尘。美国专利No. 5，024，681公开了一种用于从气体中去除颗粒的方法， 该方法包括以下步骤首先使气体和颗粒穿过传统的静电除尘器(ESP)，借此去除所述颗 粒的90-99%，然后将离开所述ESP的残留颗粒和所述气体传送到置于所述静电除尘器的 下游的屏障过滤器。颗粒去除系统需要定期维护，并且会在操作期间消耗能量；因此，存在对于减少能 量消耗以及降低这种系统的维护要求的需求。还在不断努力提高混合式颗粒收集器系统的 整体颗粒收集效率。

发明内容
本发明的一个目标在于解决或至少减轻上述问题的一部分或全部。为此，提供了 一种用于在混合式尘埃颗粒收集器系统中从原始(raw)气流中去除尘埃微粒的方法，原始 气流包含原始气体尘埃微粒，该混合式尘埃颗粒收集器系统包括静电除尘器(ESP)，以及相 对于通过该系统的主气流方向位于所述静电除尘器的下游的屏障过滤器，该方法包括在静电除尘器中清洁原始气流的至少主要部分，以便获得ESP清洁的气流部分； 以及将所述原始气体尘埃微粒的旁路部分传输到位于所述静电除尘器的出口中或下 游且位于所述屏障过滤器的上游的旁路部分返回区域，所述旁路部分具有与残留在ESP清 洁的气流部分中的尘埃微粒的成分相比更粗糙的尘埃微粒成分。尘埃微粒成分的“粗糙度”由具有该尘埃微粒成分的尘埃样本的质量平均直径Dmb3 限定。包含η个微粒的尘埃样本的质量平均直径Dmb3计算为
_JniCiiOmmd= ^——其中，Cli和HIi指的是样本的各个微粒i (i = 1至η)的直径和质量。尘埃样本的 质量平均直径Dmb越大，该样本的尘埃微粒成分就越粗糙。更一般地说，这意味着由气流携 带的总的尘埃微粒质量M越大(这由更大的微粒表示)，则由该气流携带的尘埃微粒的成分 就越粗糙。也可通过不在单独的微粒上进行加总而是在粒度间隔上进行加总来对Dnffi精确地 逼近。因此，传输到旁路返回区域的相对粗糙的原始气体尘埃微粒将在屏障过滤器上建立相对多孔且可渗透的尘埃块。与由ESP清洁的气流单独形成的紧凑的、相对不可渗透的 尘埃块相比，借助于粗糙的旁路部分尘埃微粒形成的多孔尘埃块可允许隔更长时间间隔来 清洁屏障过滤器。屏障过滤器的更不频繁的清洁减少了屏障过滤器的磨损，并且因此延长 了屏障过滤器的保养间隔。更不频繁的清洁还可减少对环境空气的总的颗粒排放，因为常 常在紧接着清洁屏障过滤器之后在被清洁的烟道气中观察到排放尘埃高峰。另外，更多孔 的尘埃块可跨过屏障过滤器产生更低的气体压降。这减少了强制气体通过屏障过滤器所需 的能量的量。根据一个实施例，所述旁路部分由所述原始气流的未ESP清洁的旁路部分携带到 所述旁路部分返回区域。通过借助于原始气体本身来携带旁路部分，就不需要指定的运送 器来输送旁路部分。作为实例，可借助于旁路管道来将所述未ESP清洁的旁路部分从静电除尘器的上 游的旁路入口区域传输到所述旁路部分返回区域。管道可容易地尺寸设置成以便满足现有 装置的确切的旁路需要，使得有利于本发明的改型。作为另一个备选方案，可经由通过所述静电除尘器的非活动部分的旁路路径来将 所述未ESP清洁的旁路部分传输到所述旁路部分返回区域，使得所述未ESP清洁的旁路部 分传输通过静电除尘器，而不会借助于电场被清洁。显然，这是非常廉价和紧凑的实施例。 另外，仅通过暂时停用静电除尘器的至少一部分以便产生所述旁路路径，可(例如)通过关 断或接通总线区段来随意打开和关闭通过静电除尘器的旁路。根据一个实施例，所述旁路部分包括在静电除尘器的第一场中与ESP清洁的气流 部分分离的尘埃微粒的一部分。静电除尘器的第一场典型地从原始气流中去除最粗糙的微 粒。通过返回在第一场中收集到的粗糙微粒部分的一部分，可在屏障过滤器上获得进一步 更多孔的尘埃块。优选地，所述原始气体尘埃微粒的所述旁路部分按质量计达到原始气流中的尘埃 微粒的总量的2-30%，并且更优选地按质量计达到3-20%。在这个范围内，ESP中的尘埃 去除的好处仍然保持在有吸引力的水平，同时进入屏障过滤器的尘埃具有允许形成多孔尘 埃块的粒度成分。优选地，该方法包括将待传输到旁路部分返回区域的旁路部分的量调节成旁路部 分的选定的量。通过调节该量，使旁路部分的量适于特定的过程条件是可行的。根据一个实施例，该方法包括基于静电除尘器的下游或上游的设备中的事件来控 制待传输到旁路部分返回区域的旁路部分的量。因此，可行的是响应于改变过程条件来调 节旁路部分的量。根据一个实施例，基于屏障过滤器的清洁的启动来控制所述旁路部分的传输， 使得屏障过滤器由旁路部分来准备。在刚被清洁之后，一些类型的屏障过滤器对填塞 (blinding)尤其敏感。根据这个实施例，在屏障过滤器已暴露于夹带在ESP清洁的气流中 的大量的细小微粒之前，可迅速建立保护性多孔尘埃块。根据本发明的另一方面，通过用于从原始气流中去除尘埃微粒的混合式尘埃颗粒 收集器系统来解决或者至少减轻上述问题中的一部分或全部，原始气流包含原始气体尘埃 微粒，该系统包括静电除尘器和屏障过滤器，所述屏障过滤器连接在所述静电除尘器的下 游，静电除尘器构造成以便清洁原始气流的至少主要部分，以便获得ESP清洁的气流部分，该系统包括传输装置，其构造成以便将所述原始气体尘埃微粒的旁路部分传输到位于所述静 电除尘器的出口中或下游且位于所述屏障过滤器的上游的旁路部分返回区域，传输装置构 造成以便传输具有与残留在ESP清洁的气流部分中的尘埃微粒的成分相比更粗糙的尘埃 微粒成分的旁路部分。再次，尘埃微粒成分的“粗糙度”由具有该粒度成分的尘埃样本的质量平均直径 Dmmd限定。由传输装置传输到旁路返回区域的相对粗糙的原始气体尘埃将在屏障过滤器上 建立相对多孔且可渗透的尘埃块。与由ESP清洁的气流单独形成的紧凑的、相对不可渗透 的尘埃块相比，借助于粗糙旁路部分来形成的多孔尘埃块可允许隔更长的时间间隔来清洁 屏障过滤器。屏障过滤器的更不频繁的清洁减少了屏障过滤器上的磨损。更不频繁的清洁 还可减少对环境空气的总的颗粒排放，因为常常紧接着清洁屏障过滤器之后在被清洁的烟 道气中观察到排放尘埃高峰。另外，更多孔的尘埃块可跨过屏障过滤器产生更低的气体压 降。因此，减少了强制ESP清洁的气体通过屏障过滤器所需的能量的量。根据一个实施例，所述传输装置构造成以便将由所述原始气流的未ESP清洁的旁 路部分携带的所述旁路部分传输到所述旁路部分返回区域。根据一个实施例，所述传输装置包括旁路管道，该旁路管道将静电除尘器的上游 的旁路入口区域连接到所述旁路部分返回区域上。根据一个特定实施例，旁路管道可设有 控制阀，使得可随意启动或调节旁路部分的传输。根据一个实施例，所述传输装置包括通过所述静电除尘器的非活动部分的旁路路 径，使得所述未ESP清洁的旁路部分可传输通过静电除尘器，而不会借助于电场被清洁。根据一个特定实施例，该传输装置可进一步包括控制器，控制器构造成以便在混 合式尘埃颗粒收集器系统的操作期间，暂时停用静电除尘器的至少所述部分，使得所述未 ESP清洁的气流部分可传输通过静电除尘器而不被清洁。根据一个实施例，所述传输装置包括旁路管道，该旁路管道将静电除尘器的第一 场的尘埃收集斗连接到所述旁路部分返回区域上，所述旁路管道构造成以便将已经与所述 ESP清洁的气流分离的收集到的尘埃传输到所述旁路返回区域。优选地，所述传输装置适于传输原始气流中的尘埃微粒的总量的按质量计的 2-30%，并且更优选地为按质量计的3-20%。根据一个实施例，所述传输装置包括用于控制通往旁路部分返回区域的旁路部分 的传输的控制系统。根据一个实施例，控制系统构造成以便基于静电除尘器的下游或上游 的设备中的事件来控制待传输到旁路部分返回区域的旁路部分的量。根据一个特定实施 例，控制系统构造成以便基于屏障过滤器的清洁的启动来启动所述旁路部分的传输，使得 屏障过滤器由旁路部分来准备。根据一个实施例，所述静电除尘器和所述屏障过滤器包括在同一壳体中。这个实 施例尤其非常适合于紧凑型装置。根据说明书和权利要求书，本发明的另外的目的和特征将显而易见。


参照附图，通过本发明的优选实施例的以下说明性且非限制性的详细描述，将更 好地理解本发明的上述以及另外的目的、特征和优点，在附图中，相同的参考标号将用于类 似的元件，其中图1是混合式尘埃颗粒收集器系统的第一实施例的概略性侧视图；图2是示出尘埃粒度成分的示例性变化的曲线图；图3a是混合式尘埃颗粒收集器系统的第二实施例的概略性侧视图；图3b是图3a的混合式尘埃颗粒收集器系统的ESP的概略性俯视图；图4是示出用于从原始气流中去除尘埃微粒的方法的流程图；图5是示出用于从原始气流中去除尘埃微粒的方法的流程图；图6是混合式尘埃颗粒收集器系统的第三实施例的概略性侧视图。
具体实施例方式图1以侧面和截面观察的方式示出了混合式尘埃颗粒收集器系统10的第一实施 例。图1的系统10包括静电除尘器(ESP)12，ESP12与屏障过滤器14串联连接。在这个实 例中，图1中示出的屏障过滤器14是袋滤室过滤器类型的织物过滤器，在US 4，336，035中 对其进行了更详细的描述。ESP 12具有用于原始的、载有尘埃微粒的气体18的ESP入口 16，以及用于ESP清 洁的气体22的ESP出口 20，已经从ESP清洁的气体22中去除了大多数尘埃微粒。原始气 体18可为例如来自锅炉24的烟道气，在锅炉24中燃烧诸如煤的燃料。由锅炉控制系统25 控制的图1的锅炉24通过原始气体管道26连接到ESP12上。静电除尘器12具有外壳28，在外壳28中，提供了第一场、第二场和第三场，以及最 后一个场。各个场设有若干放电电极，在图1中显示了其中两个(twp)放电电极30 ；以及若 干收集电极板，在图1中显示了其中一个收集电极板32 (如现有技术中(例如从美国专利No 4，502，872)已知的那样)。在图1中，出于清楚的原因，仅示出了 ESP 12的第一场的电极。典 型地，收集电极32保持在接地电势处，而放电电极30在正或负的若干个kV的电势处操作。从电功率供应中对ESP场中的各个提供电流。在图1中，ESP12的第一场接收来自 第一电功率供应34的电极电流，第二场接收来自第二电功率供应36的电流，而第三场接收 来自第三电功率供应38的电流。各个电功率供应34、36、38的输出电流由控制系统40控 制。控制系统40还以本领域技术人员众所周知的方式控制收集电极板32的敲击。ESP12的各个场还设有斗42，斗42布置在该场的相应的收集电极板32的下面，使 得当敲击收集电极板32时，收集到的尘埃微粒将从收集电极板落入斗42中。从斗42中移 除收集到的尘埃44，并且在别处对其进行处理。袋式过滤器14设有袋式过滤器入口 46，袋式过滤器入口 46通过管道36连接到 ESP出口 20上；以及袋式过滤器出口 50，袋式过滤器出口 50通过清洁气体管道48连接到 烟囱52上，以便将清洁烟道气排到环境空气。袋式过滤器14进一步设有入口隔室54，入 口隔室54与袋式过滤器入口 46连通，以便接收来自ESP12的ESP清洁的气体22 ；以及出 口隔室56，出口隔室56通过袋式过滤器出口 50与清洁气体导管48连通。清洁气体管道 48可包括可选的鼓风机49，以将气体抽送通过袋式过滤器14。两个隔室54、56由壁58分开，壁58构造成以便允许气体仅通过过滤器织物从入口隔室54传送到出口隔室56。在图 1所示的特定实例中，过滤器织物包括若干个过滤器袋60，出于清楚的原因，仅显示了其中 的两个。因此，残留在ESP过滤的气流中的尘埃将收集在过滤器袋60的外侧上，并且最终 在过滤器袋60的表面上形成尘埃块。在袋式过滤器14操作一段时间之后，这个尘埃块将 已经建立得厚到且紧凑到使得它将填塞过滤器袋60，并且因此跨过袋60引起较大的压降。 因此，通过相对于烟道气流沿相反的方向被引导通过过滤器袋60的清洁空气脉冲来周期 性地清洁过滤器袋60，使得尘埃块被迫从过滤器袋60上释放，并且下落到斗61中。为此， 由加压空气罐63提供供给的清洁空气喷嘴62布置在各个过滤器袋60处。清洁空气脉冲 由屏障过滤器控制系统64控制。根据现有技术，典型地足够频繁地执行脉冲空气清洁，以 使跨过过滤器袋60的压降保持合理地低，但是避免了不必要的清洁。太频繁地由脉冲空气 进行清洁会消耗能量，并且将过滤器袋暴露于过量的机械磨损。另外，尘埃块还会明显地影 响(contribute to)袋式过滤器14的整体过滤效果；当去除了尘埃块时，袋式过滤器的清 洁效率暂时稍微减小。袋填塞大体上可描述为其中尘埃块阻碍气体传送通过过滤器袋的状况。当细小微 粒深入地穿透到过滤器袋的织物中时，会发生特定类型的袋填塞；相对少量的细小尘埃可 足以导致袋的较大的填塞。现有技术的混合式颗粒收集器系统基于这样的范例在各个连 续的过滤器中去除的微粒越多越好。因此，在现有技术的混合式系统中，所有原始气体均传 送通过ESP且由ESP清洁。但是，ESP不仅去除微粒；而且它还会改变粒度成分，因为更大 的微粒具有更高的被ESP收集的趋势。因此，残留在ESP清洁的气流中的部分的粒度成分 具有更高的相对分额的细小微粒，并且比原始的、未ESP清洁的气流的粒度成分更倾向于 填塞过滤器袋。ESP清洁的气流的更高的填塞效果归因于细小微粒倾向于深入地穿透到过 滤器袋的织物中这一事实，以及还有细小微粒趋向于形成比粗糙微粒形成的尘埃块更紧凑 的尘埃块这一事实。另一方面，粗糙微粒不会深入地穿透到过滤器袋的织物中，并且甚至会 阻止细小微粒穿透到过滤器袋的织物中。亚微型微粒(即具有小于约1 μ m的直径的细小 微粒)的袋填塞作用(contribution)尤其严重。粗糙的尘埃微粒，具体而言具有大于约30μπι的直径的微粒，趋向于形成非常多 孔的尘埃块，该尘埃块不仅允许高的气流通过其中，而且还能够吸附相对大量的更细小的 尘埃微粒。换句话说，ESP的下游存在非常粗糙的微粒可特别有益于屏障过滤器的尘埃收 集效率；因此，气流的粒度成分的ESP引起的变化可降低屏障过滤器的尘埃收集效率。为了减轻那些问题，图1的混合式颗粒收集器系统包括旁路管道66，旁路管道66 连接在原始气体管道26和ESP清洁的气体管道36之间。旁路管道66操作，以允许原始气 流18的未ESP清洁的旁路部分68 (所述旁路部分68携带原始气流18中的尘埃的旁路部 分)绕过ESP12，并且在ESP12的下游的旁路部分返回区域70中与ESP清洁的气流22混 合。原始气流18中的尘埃的旁路部分(原始气流18的旁路部分68将所述旁路部分携带 通过旁路管道66)在位于原始气体管道26中的旁路入口区域67中进入旁路管道66，并且 因此在粒度方面具有与原始气体管道26中的原始气流18基本相同的微粒成分。另一方面，通过ESP出口 20离开ESP 12的ESP清洁的气流22主要携带相对细 小的尘埃微粒，因为根据它的基本的操作原理，ESP12移除粗糙微粒比它移除细小微粒更高 效。通过混合ESP清洁的气流22的细小尘埃微粒部分与由原始气流18的旁路部分68携带的相对更粗糙的旁路部分，进入袋式过滤器14的尘埃将在过滤器袋60上形成比ESP清 洁的气流22的细小尘埃将单独形成的尘埃块更多孔的尘埃块。换句话说，过滤器袋60的 填塞将由于进入袋式过滤器14的更粗糙的尘埃成分而减少。旁路管道66可设有可选的控制阀72，以控制将被旁路的原始气体的量，以及因此 还控制将被旁路到ESP12的下游的位置的、完全不受ESP12的影响的尘埃的量。作为实例， 控制阀72可为本领域技术人员已知的类型中的任何类型的风门。旁路管道还可设有可选 的鼓风机73，以将原始气流18的旁路部分68的流保持在高速处。对于一些类型的原始气 体尘埃成分，使用鼓风机可有益于保证旁路部分的最粗糙的尘埃微粒不下落到旁路管道66 的底面上，而是始终保持在通往旁路部分返回区域70的旁路流中。还可代替阀72或与阀 72结合来使用鼓风机73，以控制通过旁路管道66的旁路流率。优选地，原始气体管道26中 的原始气流18的约70-98%，以及更优选地约80-97%，传送通过ESP12且被ESP12清洁， 而原始气体管道26中的原始气流18的剩余的约2-30%，或更优选地3-20%，通过旁路管 道66旁路到ESP12的下游的旁路部分返回区域70。图2基于来自燃煤装置处的实际测量的结果示出了数字实例。在图2中示出的数 字实例假设了 ESP12的97% (按尘埃质量M)的尘埃去除效率，并且原始气流18的旁路部 分68达到原始气流18的 %。假设原始气流18的旁路部分68携带在粒度方面具有与原 始气流18相同的成分的旁路部分。图2的曲线图示出了随微粒直径d而变化的尘埃质量 M ；更精确地，相对于直径的对数log(d)绘出了每时间单位通过混合式颗粒收集器10的相 应部分的每对数直径间隔d(log(d))的尘埃质量dM。相应的曲线示出了由来自锅炉的原 始气流18携带的原始气体尘埃微粒19的总质量；由原始气流18的旁路部分68携带的旁 路部分17的质量；残留在ESP清洁的气流22中的细小尘埃部分21的质量；以及混合尘埃 微粒部分23的总质量，即进入旁路部分返回区域70的下游的袋式过滤器14的细小尘埃部 分21和旁路部分17的总和。包含进入ESP12的原始气体尘埃的按质量计3%的细小尘埃 部分21由ESP清洁的气流22携带而离开ESP12。在旁路返回区域70中，细小尘埃部分21 与对应于原始气体尘埃19的7%的旁路部分17混合，以便形成混合部分23。如图2中可 看到的那样，在由ESP清洁的气流22携带的细小尘埃部分21中，超过10%的微粒质量属于 具有小于Iym的直径(log(d) <0)的亚微型大小部分。在另一方面，在旁路返回区域70 的下游的混合部分23中，微粒质量的不到5%属于具有小于1 μ m的直径的大小部分。对于 属于具有不只30 μ m的直径d (log (d) <1.5)的大小部分的非常粗糙的尘埃微粒的相对含 量，细小部分21和混合部分23之间的差异甚至更惊人；混合部分23的一大部分由非常粗 糙的尘埃微粒组成，而细小部分21则包含非常少的这种粗糙尘埃微粒。换句话说，由烟道 气流携带的尘埃将在旁路部分返回区域70的下游相对于过滤器袋填塞基本表现为原始气 流，而同时包括起初由原始气流18携带的尘埃质量的不到10%。再次参看图1，使原始气流18的旁路部分68旁路的另外的作用是，在旁路部分返 回区域70中，由原始气体的旁路部分68携带的旁路部分将与残留在ESP清洁的气体部分 22中的带电荷的细小尘埃微粒的细小部分混合。当发生这两个部分的混合时，在已经经过 ESP12之后带静电荷的细小尘埃微粒将与不带电荷的、旁路的相对粗糙的微粒聚结成团，以 便形成甚至更粗糙的成团微粒。成团微粒由静电力、范德法力和其它胶体力保持在一起，以 便阻止附连到这种成团微粒上的细小微粒深入地穿透到过滤器袋的织物中。这个作用甚至进一步有助于增强过滤器袋60上的尘埃块的多孔性。为了改进ESP清洁的气流22与原始 气体的旁路部分68的混合，管道36在旁路返回区域70的正下游设有可选的静态混合器 71。虽然许多不同类型的静态混合器对于本领域技术人员是众所周知的，但也可能已被定 位于旁路返回区域70内的图1的静态混合器71被显示为在管道36内部的一组双混合器 叶片。图3a是混合式尘埃颗粒收集器系统10的第二实施例的概略性侧视图。图3a的系 统10包括静电除尘器(ESP) 12，ESP12以与上面参照图1所述的方式类似的方式与袋式过 滤器14串联连接。ESP12具有用于原始的、载有尘埃微粒的气体18的ESP入口 16和ESP 出口 20。类似于图1的ESP12，图3a的静电除尘器12分成连续的场，可独立地控制这些场 的操作。在图3a中，ESP12分成两个场第一场和第二场，即最后一个场。各个场设有若干 放电电极30和若干个收集电极板32，这将在下面参照图3b进行进一步阐明。在图3a中， 出于清楚的原因，示意性地示出了 ESP12的仅第一场中的仅一个收集电极32和两个放电电 极30。如图3b(图3b是图3a的静电除尘器12的示意性俯视图)最佳示出的那样，在这 个实例中，各个场分成三个平行、独立的单元(称为总线区段)。总线区段定义为ESP12的 单独的单元，其具有它本身的电功率源，以对该总线区段的电极(一个或多个)供应电流。 在图3a_b的实例中，第一场具有三个平行的总线区段74a_c，而第二场也具有三个平行的 总线区段76a_c。各个总线区段74a-C、76a-C设有放电电极30和收集电极板32。总线区段74a_c、 76a-c中的各个还设有独立的电流源34a-C、36a-C，各个电流源在该具体总线区段74a_c、 76a-c的相应的放电电极30和收集电极板32之间施加电流和电压。电流源34a-C、36a-C 中的各个由控制系统40(图3a)单独地控制。所有的电极30、32均布置在壳体28中，壳体28包括入口喇叭口 27和出口喇叭口 29。类似于上面参照图1所述的系统，图3a_b的除尘器12构造成以便接收来自原始 气体管道26的原始气流18。ESP12分成平行的、受单独控制的总线区段74a-C、76a-C，使 得可能使通过ESP12的选定的路径74b、76b不起作用。这可(例如)通过将跨过总线区段 74a-C、76a-C的子组74b、76b的电极的电流和电压调节为零来实现。因此，携带来自原始气 流18的尘埃的旁路部分的原始的、未ESP清洁的气流18的旁路部分68可沿着ESP12的停 用路径74b、76通过而不被ESP12清洁。由原始气流18的旁路部分68沿着ESP12的停用 路径74b、76b携带的旁路尘埃部分在粒度方面具有与原始气体管道26中的原始气流18基 本相同的微粒成分。旁路部分68在ESP12的电极30、32的下游的旁路部分返回区域70中与ESP清洁 的气流22混合；在这个实例中，旁路部分返回区域70位于ESP12的出口 20中。ESP12的出 口 20限定为在ESP的最后一个场的电极30、32的正下游的位置。在图3b所示的实例中， 这意味着出口 20位于ESP12的出口喇叭口 29的上游。通过混合ESP清洁的气流22的细小尘埃微粒部分与原始气流的旁路部分68的相 对更粗糙的旁路部分，进入袋式过滤器14的尘埃将在过滤器袋60上形成比ESP清洁的气流22的细小尘埃将单独形成的尘埃块更多孔的尘埃块。换句话说，通过图3a-b的ESP12 的停用路径74b、76b具有与图1的旁路管道66基本相同的功能。待停用的总线区段由控制系统40或由操作员选定，使得选定量68的原始气体通 过ESP12而不被清洁。优选地，原始气体管道26中的原始气体的约70-98%，甚至更优选地 80-97%，被ESP12清洁，而原始气体管道26中的原始气体的剩余的约2_30%，或者更优选 地3-20%，通过停用的总线区段74b、76b旁路到旁路部分返回区域70。本领域技术人员知道，为了停用总线区段，并不是必须将施加在那个总线区段的 电极上的电压和电流降低到零；将它降低到选定的最大值以下的值就足够了，在该最大值 处，使该总线区段在尘埃去除效率方面基本不起作用。类似地，将旁路路径74b、76b布置在设有单独的电功率源34b、36b的单独的总线 区段中并不是必须的。一种备选方案将是通过相应的停用开关来将旁路路径74b、76b的电 极连接到功率源34a、36a。这样，在不期望有旁路路径时的时间期间，旁路路径74b、76b的 电极可操作为总线区段74a、76a的从属装置。只要期望有旁路路径时，就可通过借助于停 用开关来将从属区段74b、76b的电极与功率源34a、36a脱开连接来停用从属区段74b、76b 的电极。如果期望有永久性旁路路径，则可行的是，在ESP的建造期间，通过仅省去为 ESP12的一部分提供放电电极，并且优选地还使这个路径与可操作来清洁气体的ESP12的 任何部分屏蔽开，来保留通过ESP12的旁路路径。对于对现有装置的改型而言，这个备选方 案可能也是有吸引力的。但是，在过滤器的操作期间随意打开或关闭旁路路径的能力还展 现了另外的可能性，这将在下面进一步阐明。如可在图3a_b中看到的那样，用于控制总线区段74a-C、76a-C的电极30、32的操 作的控制系统40也连接到用于控制袋式过滤器14的过滤器袋60的清洁的控制系统64上。 代替持续地旁路原始气流18的旁路部分68，有时优选的是以取决于时间的方式改变旁路 的尘埃的部分。作为实例，可能有益的是紧接着在清洁过滤器袋60之后旁路尘埃的粗糙的 旁路部分，使得当尘埃开始再次在清洁的过滤器袋60上沉积时，首先将沉积一层更粗糙的 尘埃。通过以这个方式来准备过滤器袋60，它们将对由从ESP接收到的更细小的尘埃部分 进行的填塞更不敏感。现在将参照图4来描述用于操作图3a-b的混合式尘埃颗粒收集器 系统以便用相对粗糙的尘埃微粒来准备过滤器袋60的方法。在步骤110中，袋式过滤器控制器64例如通过经由清洁空气喷嘴62将压缩空气 的射流释放到待清洁的过滤器袋(一个或多个)60中来启动袋式过滤器14的过滤器袋60 的至少一部分的清洁。在步骤112中，这个事件触发待发送到ESP控制器40 (在这个实例 中，控制器40也起旁路控制器的作用)的袋式过滤器清洁信号，使得将使ESP控制器40知 道过滤器袋60现在是干净的，并且暴露于被细小的尘埃填塞。基于袋式过滤器清洁信号，在步骤114中，ESP控制器40通过停用所有总线区段 74a-c,76a-c (即整个ESP12)来打开通过ESP12通往旁路返回区域70的旁路路径。在步骤116中，在旁路时间期间，旁路路径保持打开，使得携带尘埃的旁路部分的 原始气流18的选定的旁路部分68可通过。比由停用ESP12之前的ESP清洁的气流22携 带的尘埃具有更粗糙的尘埃微粒成分的这个旁路部分现在将准备经清洁的过滤器袋60。在已经允许旁路部分68通过旁路路径(即ESP12)之后，再一次重新启动总线区
11段74a-C、76a-C，以便恢复ESP12的正常的尘埃去除操作。为了将原始气体的适当的旁路部分68旁路到旁路返回区域70，旁路时间(即旁路 的持续时间)优选地基于旁路频率，在上述实例中，旁路频率与袋式过滤器清洁频率相同。 优选地，选择旁路时间，以便使旁路保持打开介于2%和30%之间的时间，并且更优选地介 于3%和20%之间的时间。作为使整个烟道气流旁路通过ESP的一种备选方案，还可行的是在打开旁路时停 用对应于旁路路径的期望气流容量的仅一些总线区段。作为实例，当在步骤114中打开旁 路路径时，可通过禁用仅功率供应34b、36b来将旁路路径限制于总线区段74b、76b。另外， 还可行的是打开已经存在的旁路路径，使得已经存在的旁路流增加，或者关闭旁路，使得旁 路流减少。换句话说，已经打开的旁路甚至可进一步打开，或者打开的旁路的打开的程度可 减小，而不完全关断旁路。在从ESP12到袋式过滤器14具有长距离的混合式颗粒系统中，有益的可为，在打 开旁路路径之后的较短时间段启动袋式过滤器14的清洁，使得旁路部分将刚好在清洁袋 (一个或多个)60时到达袋式过滤器14的入口隔室54。如可在图3a_b中看到的那样，用于控制总线区段74a-C、76a-C的电极30、32的操 作的控制系统40还连接到锅炉控制系统25上。因此，也可基于在锅炉24 (图1)中发生的 事件来控制旁路路径的打开和关闭。作为实例，这种事件可为影响由原始气流18携带的原 始气体尘埃微粒的成分从而推动旁路流的变化的事件。一个特定实例是使用油作为用于预 热锅炉的起动燃料的燃煤锅炉的起动。油燃烧可比煤燃烧产生更细小的尘埃微粒；因此，在 大多数情况下，不期望将油燃烧烟道气旁路到屏障过滤器。另外，来自油燃烧的烟道气可包 含油溶胶的残渣，该残渣可阻塞袋式过滤器14的过滤器袋材料，并且因此永久性地损坏过 滤器袋60。图5示出了用于操作图3a-b的混合式尘埃颗粒收集器系统10的起动程序的一 个实例。在步骤210中，锅炉控制系统25将起动警告信号传递到ESP控制器40，以便通知 ESP控制器40锅炉24(图1)将经历起动程序。基于该起动警告信号，在步骤212中，ESP控制器确认ESP12在操作中以及关闭了 任何旁路。ESP控制器40将确认信号传递到锅炉控制系统25。响应于确认信号，在步骤214中，锅炉24中的燃烧由锅炉控制系统25或者由操作 员启动。在这个步骤中，使用基于油的燃料来起动锅炉25。在步骤216中，在锅炉24用油或油和煤的混合物来运行时，旁路路径保持关闭，即 ESP12的所有总线区段74a-C、76a-C均保持操作。在步骤218中，锅炉控制系统25使锅炉24切换到煤燃烧。在已经确认已经获得 了锅炉的稳定的正常操作(即锅炉24已经用0%的油运行了预定的时间段)之后，锅炉控 制系统25将正常操作确认信号传递到ESP控制器。基于来自锅炉控制系统25的正常操作确认信号，在步骤220中，ESP控制器40例 如通过停用总线区段74b、76b来打开通过ESP的旁路路径。这样形成的旁路路径现在将允 许原始气流18的旁路部分68 (所述旁路部分68携带尘埃的旁路部分)绕过ESP12，并且在 旁路返回区域70中与ESP清洁的气流22混合。使用这个起动程序，可行的是在锅炉用油操作时避免传输原始气体尘埃的潜在地有害的旁路部分。这在被优化以便清洁来自煤燃烧过程的烟道气的混合式尘埃颗粒收集器 系统中是特别有用的。参照图4-5描述的上面的方法仅基于这样的情况的实例其中，可能合乎需要的 是基于发生在混合式颗粒收集器10的上游或下游的设备中的事件来控制旁路。了解到， 对于本领域技术人员，许多这种情况将是显而易见的；作为实例，也可合乎需要的是在锅炉 24的吹灰期间降低旁路流。在希望减少旁路或者甚至关闭旁路时的另一种情况是当已经检 测到一个或若干个过滤器袋60受损时(一个或若干个过滤器袋60的这种损坏由控制系统 64来检测或者通过在烟@ 52中的检测到的尘埃微粒水平超过预定的阈值来检测)。显然，上面参照图4-5所述的方法不限于结合图3a_b的混合式尘埃颗粒收集器系 统来使用；它们还可有利地与图1的实施例结合。为此，图1的旁路控制阀72可构造成以 便响应来自控制系统25、40或64中的任意一个的控制信号。该方法还可与现在将参照图 6进行描述的实施例结合。图6的混合式尘埃颗粒收集器系统10包括静电除尘器(ESP) 12，ESP12以与上面 参照图1和3a-b描述的方式类似的方式与袋式过滤器14串联连接。ESP12具有用于原始 的、载有尘埃微粒的气流18的ESP入口 16和用于ESP清洁的气流22的ESP出口 20。类似于图1和3a_b的静电除尘器，图6的静电除尘器12分成连续的场，可独立地 控制它们的操作，虽然这并不是必需的。在图6中，ESP12分成两个场第一场和第二场，即 最后一个场。各个场设有若干个放电电极30和若干个收集电极板32 ；再次，出于清楚的原 因，仅示意性地示出了 ESP12的第一场的电极30、32。借助于第一功率供应34将电功率供 应到第一场，并且借助于第二功率供应36将电功率供应到第二场。ESP12的第一场进一步 设有第一场斗41，斗41布置在第一场的收集电极板32的下面，使得在敲击第一场的收集电 极板32时，原始气体尘埃微粒44的收集到的部分将从收集电极板32落入第一场斗41中。 第二场也设有斗42。如上面参照图1所阐明的那样，根据它的基本操作原理，ESP12移除粗糙微粒比它 移除细小微粒更高效。这意味着由第一场收集到的原始气体尘埃微粒的收集到的部分44 比第二场收集到的尘埃微粒更粗糙，第二场收集到的尘埃微粒转而比残留在ESP清洁的气 流22中的细小尘埃微粒更粗糙。实际上，收集到的部分44的微粒成分典型地比原始气流 18夹带的微粒的成分进一步更粗糙。图6的混合式尘埃颗粒收集器系统10设有旁路管道66，旁路管道66连接在第一 场斗41和旁路部分返回区域70之间。旁路管道66构造成以便传输由ESP12的第一场收 集到的原始气体尘埃微粒的收集到的部分44的旁路部分。为了有利于传输，旁路管道设有 压缩空气送风机72，以沿着旁路管道66将所述原始气体微粒的旁路部分吹送到旁路部分 返回区域70。通过使在第一场中收集到的粗糙部分44的一部分返回到旁路部分返回区域 70，可在袋式过滤器14上获得比使用直接由原始气流18的旁路部分68携带的原始气体尘 埃将可能获得的尘埃块进一步更多孔的尘埃块。在此前参照图1-5所述的实施例中，可通过改变原始气体旁路部分68的流率(例 如通过改变通过控制阀的流量或通过ESP的旁路路径的大小)来控制待传输到旁路返回区 域70的尘埃的量。在图6的实施例中，作为实例，可通过以选定的速率将收集到的尘埃44 供给到压缩空气送风机72来控制待传输到旁路返回区域70的尘埃的量。本领域的技术人员理解，存在空气送风机72的许多备选方案。作为实例，可使用螺旋运送器，或者可在流化 床运送器上通过重力来将收集到的尘埃运送到旁路部分返回区域70。总之，上面公开了一种用于清洁烟道气流的混合式尘埃颗粒收集器系统，其包括 与袋式过滤器串联的静电除尘器。该系统设有旁路机构，以将包含在烟道气流中的尘埃 的粗糙部分旁路到静电除尘器的下游的位置。粗糙部分包含一定质量百分比的直径低于 (fall below) 1 μ m的尘埃微粒，该质量百分比小于残留在由静电除尘器清洁的气体所携带 的细小尘埃部分中的、低于Iym的尘埃微粒的质量百分比。优选地，粗糙部分还包含一定 质量百分比的直径超过30 μ m的尘埃微粒，该质量百分比高于残留在由静电除尘器清洁的 气体所携带的细小尘埃部分中的、超过30 μ m的尘埃微粒的质量百分比。通过将尘埃微粒 的粗糙旁路部分传输到静电除尘器的下游的旁路返回区域，可跨过袋式过滤器获得更低的 压降。这提供了能量节约，因为需要更少的能量来将气流抽送通过袋式过滤器。另外可行 的是延长袋式过滤器的清洁间隔，这继而将减少过滤器织物上的磨损，以及/或者减少总 的颗粒排放。上面主要参照各种示例性实施例对本发明进行描述。但是，如本领域技术人员容 易地理解的那样，除了上面公开的实施例之外，其它实施例同样可能在由所附的专利权利 要求书所限定的本发明的范围内。例如，在上述实例中，操作袋式过滤器类型的织物过滤器，以便使尘埃在过滤器袋 的外侧上积聚。还可沿相反的方向来操作过滤器，即以便以本领域技术人员众所周知的方 式使尘埃在袋的内侧积聚。作为袋式过滤器的替代或者与袋式过滤器结合，大体上还可使 用其它类型的织物过滤器以及屏障过滤器来实现本发明。这种屏障过滤器的一个实例是在 (美国专利)US4，862，813中所描述的类型的陶瓷过滤器。另外，本发明可结合用于燃烧许 多不同类型的燃料(例如煤、废料、泥炭和生物量燃料，例如木屑)的锅炉来使用。实际上， 本发明不限于清洁来自锅炉的烟道气；而且可借助于本发明来清洁从其它类型的过程(包 括冶金过程)中放出的其它类型的载有尘埃的气体。虽然在此前详细描述的实施例中，静电除尘器和屏障过滤器被示为单独的构件， 但是它们也可布置在同一壳体中。而且，虽然锅炉、ESP和屏障过滤器控制器25、40、64被 示为单独的构件，但是实际上它们可实现在同一印刷电路板上、在同一计算机中或在同一 计算机上的同一软件中。就此而言，控制器25、40、64也可分成超过三个单独的控制单元。可通过一个或若干个旁路管道、通过ESP中的一个或若干个非活动路径或通过旁 路管道和非活动路径的组合来将旁路部分传输到ESP的活动部分的下游的任意数量的旁 路部分返回区域。
权利要求
1.一种用于在混合式尘埃颗粒收集器系统(10)中从包含原始气体尘埃微粒的原始 气流(18)中去除尘埃微粒的方法，所述混合式尘埃颗粒收集器系统(10)包括静电除尘器 (12)，以及相对于通过所述系统(10)的主气流方向位于所述静电除尘器(12)的下游的屏 障过滤器(14)，所述方法包括在所述静电除尘器(12)中清洁所述原始气流(18)的至少主要部分，以便获得ESP清 洁的气流部分(22)，并且特征在于，将所述原始气体尘埃微粒的旁路部分传输到位于所述静电除尘器(1 的出口 00)中 或下游且位于所述屏障过滤器(14)的上游的旁路部分返回区域(70)，所述旁路部分具有 与残留在所述ESP清洁的气流部分0 中的尘埃微粒的成分相比更粗糙的尘埃微粒成分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旁路部分由所述原始气流(18)的未 ESP清洁的旁路部分(68)携带到所述旁路部分返回区域(70)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于旁路管道(66)来将所述未ESP清 洁的旁路部分(68)从所述静电除尘器(1 的上游的旁路入口区域传输到所述旁路部分返 回区域(70)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，经由通过所述静电除尘器(1 的非活动 部分(74b，76b)的旁路路径来将所述未ESP清洁的旁路部分(68)传输到所述旁路部分返 回区域(70)，使得所述未ESP清洁的旁路部分(68)传输通过所述静电除尘器(12)，而不会 借助于电场被清洁。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括暂时停用所述静电除尘器(1 的至少一部分(74b，76b)，以便产生所述旁路路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旁路部分包括在所述静电除尘器 (12)的第一场中与所述ESP清洁的气流部分0 分离的所述尘埃微粒G4)的一部分。
7.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述原始气体尘 埃微粒的所述旁路部分按质量计达到所述原始气流(18)中的尘埃微粒的总量的2-30%。
8.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步 包括将待传输到所述旁路部分返回区域(70)的旁路部分的量调节成旁路部分的选定的 量。
9.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步 包括基于所述静电除尘器(1 的下游或上游的设备04，25，14，64)中的事件来控制待传 输到所述旁路部分返回区域(70)的旁路部分的量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述屏障过滤器(14)的清洁的启动 (110)来控制所述旁路部分的传输，使得所述屏障过滤器(14)由所述旁路部分来准备。
11.一种用于从包含原始气体尘埃微粒的原始气流(18)中去除尘埃微粒的混合式尘 埃颗粒收集器系统，所述系统(10)包括静电除尘器(12)和屏障过滤器(14)，所述屏障过滤 器(14)连接在所述静电除尘器(1 的下游，所述静电除尘器(1 构造成以便清洁所述原 始气流(18)的至少主要部分，以便获得ESP清洁的气流部分(22)，所述系统的特征在于传输装置，构造成以便将所述原始气体尘埃微粒的旁路部分传输到位于所述静电除 尘器(12)的出口 00)中或下游且位于所述屏障过滤器(14)的上游的旁路部分返回区域 (70)，所述传输装置构造成以便传输具有与残留在所述ESP清洁的气流部分0 中的尘埃微粒的成分相比更粗糙的尘埃微粒成分的旁路部分。
12.根据权利要求11所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述传输装置 构造成以便将由所述原始气流(18)的未ESP清洁的旁路部分(68)携带的所述旁路部分传 输到所述旁路部分返回区域(70)。
13.根据权利要求12所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述传输装置 包括旁路管道(66)，所述旁路管道(66)将所述静电除尘器(1 的上游的旁路入口区域连 接到所述旁路部分返回区域(70)上。
14.根据权利要求13所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述旁路管道 (66)设有控制阀(72)。
15.根据权利要求11所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述传输装置 包括通过所述静电除尘器的非活动部分(74b，76b)的旁路路径，使得所述未ESP清洁的旁 路部分(68)可传输通过所述静电除尘器而不会借助于电场被清洁。
16.根据权利要求15所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述传输装置 进一步包括控制器(40)，所述控制器00)构造成以便在所述混合式尘埃颗粒收集器系统 (10)的操作期间暂时停用所述静电除尘器(1 的至少一部分，以便产生所述旁路路径，使 得所述未ESP清洁的气流部分(68)可传输通过所述静电除尘器而不被清洁。
17.根据权利要求11所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述传输装置 包括旁路管道(66)，所述旁路管道(66)将所述静电除尘器的第一场的尘埃收集斗Gl)连 接到所述旁路部分返回区域(70)上，所述旁路管道(66)构造成以便将已经与所述ESP清 洁的气流02)分离的收集到的尘埃G4)传输到所述旁路返回区域(70)。
18.根据权利要求11至17中的任一项权利要求所述的混合式尘埃颗粒收集器系统， 其特征在于，所述传输装置适于传输按质量计所述原始气流(18)中的尘埃微粒的总量的 2-30%。
19.根据权利要求11至18中的任一项权利要求所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其 特征在于，所述传输装置进一步包括用于控制通向所述旁路部分返回区域(70)的所述旁 路部分的传输的控制系统GO)。
20.根据权利要求19所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述控制系统 (40)构造成以便基于所述静电除尘器(12)的下游或上游的设备04，25，14，64)中的事件 来控制待传输到所述旁路部分返回区域(70)的旁路部分的量。
21.根据权利要求20所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其特征在于，所述控制系统 (40)构造成以便基于所述屏障过滤器(14)的清洁的启动(110)来控制所述旁路部分的所 述传输，使得所述屏障过滤器(14)由所述旁路部分来准备。
22.根据权利要求11至21中的任一项权利要求所述的混合式尘埃颗粒收集器系统，其 特征在于，所述静电除尘器(1 和所述屏障过滤器(14)包括在同一壳体中。
全文摘要
本发明涉及一种混合式尘埃颗粒收集器系统。一种用于在混合式尘埃颗粒收集器系统(10)中从包含原始气体尘埃微粒的原始气流(18)中去除尘埃微粒的方法，该混合式尘埃颗粒收集器系统(10)包括静电除尘器(12)和相对于通过系统(10)的气流方向位于所述静电除尘器下游的屏障过滤器(14)，该方法包括在静电除尘器中清洁原始气流的至少主要部分，以便获得ESP清洁的气流部分(22)，以及将所述原始气体尘埃微粒的旁路部分传输到位于所述静电除尘器的出口(20)中或下游且位于所述屏障过滤器上游的旁路部分返回区域(70)，所述旁路部分具有与残留在ESP清洁的气流部分中的尘埃微粒的成分相比更粗糙的尘埃微粒成分。
文档编号B03C3/019GK102069035SQ20101053924
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者A·O·贝克 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司