[發明專利]凝聚粒子的方法和裝置

有效

• 申請號: 00815524.0
• 申請日: 2000-11-10
• 公開（公告）號: CN1390157A
• 公開（公告）日: 2003-01-08
• 發明（設計）人: 羅德尼·J·特盧斯
• 申請（專利權）人: 因迪格技術集團股份有限公司
• 主分類號: B03C3/013
• 分類號: B03C3/013
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張金熹

本發明涉及凝聚粒子的方法和裝置，尤其是指用于空氣污染控制中的靜電凝聚器。

背景技術

許多工業生產過程產生小的有害粒子散發到大氣中，比如，由于煤炭中存在重金屬和重有機材料成分，有毒的懸浮在空氣中的煤炭燃燒的副產物往往聚集成散放的細小粒子部分。許多微量金屬，比如砷、鎘、鎳、硒和它們的化合物在高燃燒溫度下揮發，然后隨著煙氣的冷卻均勻地集結成核或者主要凝結在揚塵粒子上。一些有毒的有機空氣污染物也是這樣。

通過均勻成核形成的有毒粒子是非常細小的亞微粒子。這些粒子能夠進入人們的呼吸系統，因此它們對公共健康產生了很大的危害。毒性與呼吸舒適感之間的確定聯系促使世界各國的政府通過立法以對直徑小于10微米(PM10)，尤其是小于2.5微米(PM2.5)的微粒的排放進行更加嚴格的控制。控制粒子，尤其是尺寸在微米到亞微米之間的細微粒子的排放的政府規則隨著這些粒子的排放所產生的有害影響逐漸被人們廣泛了解在未來會變得更加嚴格。

大氣排放物中的較小粒子也是形成空氣污染的有害可見度影響的主要因素，比如，在煤炭燃燒裝置中，煙道的不透明度主要由揚塵中的細微粒子部分決定，這是因為消光系數在光的波長附近達到最大，該波長介于0.1到1微米之間。

對細微粒子進行控制的重要性可以通過考慮到排放物中污染物粒子而不是污染物的數目得到理解。在典型的煤炭燃燒過程中產生的揚塵中，尺寸小于2微米的污染物粒子也許僅占整個污染物的7％，然而卻占整個粒子數目的97％。去除所有大于2微米的粒子的工藝技術基于其能夠去除93％的污染物的前提可能是有效的，然而97％的粒子，包括更多可吸入的有毒粒子仍然被保留了下來。

人們已經使用了各種各樣的方法來去除來自于空氣流中的灰塵和污染物粒子。雖然這些方法通常來說適合于去除空氣流中的較大的粒子，然而它們總是在濾除較小的粒子，尤其是PM2.5的粒子方面效果非常低。

已經知道使用粒子凝聚技術來使較小粒子集結成較大粒子，然后可以非常容易和有效地把它們去除掉。已知的凝聚技術包括：(i)把化學制劑注入空氣流中以增加細微粒子的凝聚作用；(ii)使用層流沉淀器來提高細微粒子的表面凝聚作用；(iii)聲波擾動懸浮在氣體中的灰塵粒子以增加粒子間的碰撞接觸速度，從而增加凝聚作用；(iv)應用AC或DC電場擾動懸浮在氣體中的帶電灰塵粒子以增加粒子間的混合，從而增加凝聚作用；以及(v)使氣體流中的粒子雙極帶電以用于靜電吸引。

在美國專利5,707,428中可以發現已知的表面凝聚技術的例子，而在歐洲專利申請NO.0009857中可以看到AC電場擾動法的例子。

這些技術在大型裝置中實施起來通常成本高，并且，化學制劑注入法會引起其它的健康問題。此外，這些所知的技術對于細小的灰塵粒子來說并不是特別有效。

最普通的凝聚技術是表面凝聚。在表面凝聚技術中，粒子必須和收集面或收集體接觸以從氣體流中去除掉。直徑大于約10微米的大粒子能夠被諸如碰撞、攔截和離心力等慣性作用裝置相對容易地被捕獲。在靜電沉淀器中，大粒子由于能夠帶較多的電荷，因此它們就受到較大的電力，從而就非常容易地被收集起來。

然而，隨著粒子尺寸的減小，粒子的質量與立方體的直徑成比例的減小，并且慣性力把這些粒子帶向收集面的效果很差。這些小的粒子也帶有很少的電荷，因此它們就受到較小的靜電力。對于小于0.1微米的粒子來說，擴散通常是粒子運送、帶電和捕獲的主要作用機理，然而，對于0.1到0.2微米之間的粒子來說，擴散、靜電和慣性作用都不是很強，所知的應用這些作用原理的裝置對于這些尺寸范圍內的粒子的收集效率表現的最低。

擴散捕獲的效果通過提供大的表面積和/或更多的用于發生擴散的時間可以得到提高，但是這就需要大大增加設備尺寸。通過提高粒子相對收集面的相對速度可以獲得較大的慣性力，但是這要以較大的壓差和能量輸入給收集裝置為代價，這就會導致成本很大地增加。因此，經濟上的考慮限制了這些方法的應用。

其它的用于細微粒子排放控制的灰塵收集裝置包括濕式靜電沉淀器和濕式除塵器，這些通常都需要大的昂貴的設備，并且會產生污染廢水的問題。纖維過濾網也曾用作灰塵收集器，但是它們通常對細微粒子來說是無效的收集器，因為這些小的且通常光滑的粒子往往能夠流過使用在這種過濾網上的纖維織物。

本發明的目的是提供一個改進的用于粒子凝聚的方法和裝置。

發明內容

在主要的形式上說，本發明提供了一種凝聚氣體流中粒子的裝置，包括：