專利名稱：直流靜電除塵法及除塵器的制作方法
技術領域：
本發明涉及應用于環境保護靜電除塵技術領域中的靜電除塵裝置和方法，特別是一種直流靜電除塵器及除塵法。
背景技術：
目前，在靜電除塵技術領域里，國際國內普遍采用的是“最佳電火花率除塵法”，這種除塵方法可見《除塵器》一書，中國建筑出版社出版。書中指出，1950年由美國學者懷特提出靜電除塵器中電火花最佳程度的概念，即當供電功率升高到一定程度時，電場放電次數有所增加，其除塵效率有最大值出現。由于頻繁發生的高壓打火過程，就要求供電電源只能用工頻整流式，靠其電壓有過零點的特性，來防止電場持續放電現象的發生，而直流電源不具備這種使放電現象自然熄滅的特性，從理論上就被排斥在靜電除塵領域之外。因此，世界上大中型工業靜電除塵器上所配備的高壓電源，全部是工頻整流式，而不采用直流式。
該除塵法構成如圖1所示。其中，50Hz-50Hz電源7由調工器8控制后的電壓被升壓器9變成高壓，再由高壓整流器10整流成半波或全波脈動高壓，流向高壓端子16，直接帶動靜電除塵器11的電暈極線12工作，收塵極板13接大地14。其優點是當靜電除塵器11結構參數一定時，利用調工器8加大注入電功率時，可以提高除塵效率，而且，隨著電火花放電頻率的不斷增加，靜電除塵器電場消耗的功率會有極大值出現，隨之就有除塵效率極大值出現。
但是，它的缺點也是明顯的，傳統除塵效率的最大化是靠消耗功率的最大化換取的，所以它消耗電能多，而且它為了追求最佳電火花率的出現。如圖3所示，工頻整流式電源的一個正弦半波波形1，在a時刻，整流式電源瞬時工作于b點，當半波高壓曲線1在半周期內連續變化時，得出半波高壓作用在負載上產生的電流曲線3。根據公式F＝Eq，E為在電場中形成的電場強度，q為粉塵電荷量。采用工頻整流式電源時，負載電流曲線3中大約有2/3周期粉塵顆粒荷電量q≈0，且對應的電場強度E很低，因此，在大約2/3周期的時段內，使粉塵顆粒產生加速度的力F很小，靜電除塵器11工作在除塵效率極低的狀態下。為了彌補這一時段的損失，就必須提高供電電壓值，但由于負載曲線3的嚴重非線性，導致在與半波高壓曲線1中的峰值附近對應的時段內，負載曲線3將產生很大的峰值，而形成電流峰值的高密度自由電子并不能在短時間內都用于對路過的粉塵顆粒有效荷電，從而有大量剩余電子從電暈極線12直接飛向收塵極板13，形成電能的大量浪費。
另一方面，由于追求最佳電火花率的出現，必須采用的整流式供電出現瞬時電壓最大值，靜電除塵器內部的同極距L就不能任意加寬，一般取L＝200mm-400mm左右，否則，運行可靠性就很難得到保障，所以靜電除塵器本體結構消耗鋼材較多。
發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種耗電省，消耗鋼材少的直流靜電除塵器及除塵法。
本發明所采用的技術方案是一種直流靜電除塵法，包括電源輸入經過調工器的調工步驟，再將得到的工頻電源接到工頻升壓變壓器的升壓步驟，再將升壓得到的電源接到工頻高壓整流器的整流步驟，最后將得到的整流電源接到高壓端子流到集塵極板的除塵步驟，所述直流靜電除塵法還包括從所述工頻高壓整流器的輸出端，加裝高壓濾波器，然后把所述高壓濾波器的直流高壓輸出端接到所述高壓端子上的濾波步驟。
進一步的，實施直流靜電除塵法的直流靜電除塵器，所述高壓端子直流高壓電源包含一個高頻逆變環節，該環節由低壓整流器，低頻濾波器，高頻逆變器，高頻升壓變壓器，高頻高壓整流器和高頻高壓濾波器環節前后依次串聯構成。
進一步的，所述直流靜電除塵器中每兩塊所述集塵極板間的間隔大約為400mm-800mm，且工作在靜電場內無點火花擊穿放電的條件下。
按照本發明提供的直流靜電除塵器及除塵法相對于現有技術，具有如下優點在負載條件和靜電除塵器結構參數基本相同的條件下，采用直流供電時所需的電壓U1，與采用工頻整流式供電時的高壓平均值U2大致相當，因此，作為比較，在U1＝U2的條件下，如圖3得出采用工頻整流式供電時的負載電流曲線3的平均值為I2＝7.8mA，而采用直流供電時負載電流I1＝0.4mA，工頻整流供電時和直流供電時消耗的功率分別為P2和P1，由P＝UI，于是得出，采用本k=1-P1P2=94.9%]]>發明的直流式供電比采用傳統采用工頻整流式供電時相對節電率k為當采用最佳電火花率除塵法時，除了必須采用工頻整流式電源，產生上述電能浪費的過程外，還必須達到一定的高壓電火花放電頻率，將造成電能的進一步浪費。作為上述原理的驗證例，也作為本發明所帶來的直接效果，這里提供一組在首都鋼鐵公司獲得的實際應用數據如下通風面積為80M2的大型靜電除塵器系統，采用本發明的直流式供電，靜電除塵器電場消耗功率為P1＝4.6KW；同一現場運行的130M2最佳電火花率除塵器電場消耗功率為P2＝70.0KW。作為比較，都折合到80M2通風面積時，前者比后者節電為k＝89.4％，有時可達93％左右，與理論節電率94.9％相一致。可見，本發明的節電方法很簡單，而換來的效果是極為顯著的。
而采用本發明的直流式供電，只要滿足不發生電火花放電和適當的收塵面積的要求，同極距L就可以適當加寬，可取L＝400mm-800mm。同極距的加寬，在通風面積一定的條件下，就意味著靜電除塵器11鋼材消耗量的降低。實踐表明，采用本發明時，可節約鋼材10％-20％左右。
圖1為現行“最佳電火花率除塵法”靜電除塵器結構示意圖；圖2為直流靜電除塵器的結構示意圖；圖3為采用直流式電源除塵與工頻整流式除塵相比較機理分析圖；圖4為高頻逆變式直流高壓電源示意圖；其中，1-工頻整流正弦半波電源波形、2-靜電除塵器負載特性曲線、3-電源作用于負載時產生的瞬時負載電流曲線、4-工頻半波電源的平均值高度或等值直流電源高度直線、5-工頻半波電源作用于負載時產生的負載電流的平均值高度直線、6-等值直流電源作用于負載時產生的負載電流直線、7-工頻電源輸入端、8-調工器、9-工頻升壓變壓器、10-工頻高壓整流器(硅堆)、11-靜電除塵器、12-電源極線、13-集塵極板、14-地線端子、15-濾波器、16-高壓端子、17-工頻整流器、18-工頻濾波器、19-高頻逆變器、20-高頻升壓變壓器、21-高頻高壓整流器、22-高頻高壓濾波器、23-高頻逆變升壓環節、24-靜電除塵器。
具體實施例方式
下面結合
本發明的實施方式。
如圖2所示，本發明的直流靜電除塵器24包括電源輸入7，調工器8，工頻升壓變壓器9，工頻高壓整流器(硅堆)10，高壓濾波器15，可用普通低頻電容器制作，直流靜電除塵器24本體內有電源極線12，集塵極板13，地線端子14，高壓端子16，調工器8可以是調壓器或雙向可控硅整流器，高壓濾波器15可用普通低頻電容器制作，集塵極板13極距L可取400mm-800mm。50Hz-50Hz電源7由調工器8控制后的電壓被升壓器9變成高壓，再由高壓整流器10整流成半波或全波脈動高壓，引入一個濾波器15，把脈動的整流后的波形濾成不過零點的直流形式，流向直流高壓端子16。通過調整調工器8，使直流高壓端子16的電壓升高到圖3中直線4所示的高度U1，恰能滿足當時直流靜電除塵器24排放指標的要求。根據粉塵顆粒受到的電場力F＝Eq的原理，帶電粉塵顆粒在電場中受到電場力的作用，飛向集塵極板13，因此，采用直流電源供電，且電壓達到一定數值時，也是可以實現靜電除塵的目的的。直流靜電除塵器電場工作的條件是始終無電火花發生。
本發明所用的直流式高壓靜電除塵電源，可以采用如下的工頻直接升壓和高頻逆變升壓兩種具體的技術方案來實現。
直接升壓式如圖2，電源7的調工器8可由調壓器構成，也可由一只雙向可控硅整流器或兩只反并聯的單向可控硅整流器構成，通過改變可控硅的觸發角的方法，來控制送往工頻升壓變壓器9初級電壓的平均值大小，直接升壓后的交流高壓經普通工頻高壓整流器10整流，再經普通工頻高壓電容器構成的濾波器15，得到略有低頻波紋的直流高壓，通過高壓電纜，送到直流靜電除塵器24的高壓絕緣子16上，同時，電纜的屏蔽層接到地線端子14上，使電暈極線12與集塵極板13間形成除塵靜電場。
逆變升壓式如圖4所示，經調工器8后的受控工頻低壓電源，經普通工頻整流器17整流、濾波器18濾波后，由逆變器19變成高頻振蕩波，再經高頻變壓器20升壓、高頻高壓整流器21整流、高頻濾波器22濾波，產生出帶高頻波紋的直流高壓，通過高壓電纜連接到直流靜電除塵器24的高壓絕緣子16上。其中，逆變器19的最佳工作頻率范圍可在6kHz-20kHz。注意到，逆變整流后的直流高壓上帶有高頻波紋，有利于對粉塵顆粒的荷電，提高除塵效率。
圖3中，曲線2為直流靜電除塵器24的Uo-Io特性曲線，簡稱為負載曲線2，它是根據現場實測數據繪制而成，與除塵器中粉塵濃度δ相對應。在時刻a時，通過調整調工器8，使直流高壓端子16的電壓升高到直線4所示的高度U1，恰能滿足當時靜電除塵器排放指標的要求。此時，直線4與負載曲線2的交點h所對應的直線6的高度I1，就是本發明采用直流式高壓16作用于負載2時所產生的靜電除塵器電場電流值，其電場消耗功率為P1＝U1I1。
本發明的具體實施方式
可分為替換式和重新設計式兩種對于現實中正在采用最佳電火花率的靜電除塵系統，可以采取如下的替換方法來實施本發明把原用的工頻整流式靜電除塵器11的高壓端子16處斷開，同時斷開接到端子14處的地線，把直流高壓電源輸出電纜線接到原靜電除塵器11的高壓端子16上，作為電纜線的屏蔽層接到地線端子14上。調節調工器8的輸出電壓，使經變壓器9升壓、高壓整流器10整流和濾波器15濾成直流高壓電壓受到控制，一直調到靜電除塵所需的電壓為止。調節調工器8時，注意本發明的實施條件是任何時候直流靜電除塵器靜電場內部都不發生電火花擊穿現象。
對于新建的或準備大修的靜電除塵器系統，可以在采用直流式高壓電源及保證靜電除塵器通風面積要求的條件下，對直流靜電除塵器的同極距L采取寬極距設計方案，從而達到節約能源和節約資源的目的，只需注意到滿足直流靜電除塵器電場中不發生電火花擊穿這一條件。其中，同極距的最佳選擇范圍是L＝400mm-800mm，其它方法和步驟與替換式相同。
權利要求
1.一種直流靜電除塵法，包括電源輸入經過調工器的調工步驟，再將得到的工頻電源接到工頻升壓變壓器的升壓步驟，再將升壓得到的電源接到工頻高壓整流器的整流步驟，最后將得到的整流電源接到高壓端子流到集塵極板的除塵步驟，其特征是所述直流靜電除塵法還包括從所述工頻高壓整流器的輸出端，加裝高壓濾波器，然后把所述高壓濾波器的直流高壓輸出端接到所述高壓端子上的濾波步驟。
2.一種實施權利要求1的方法的直流靜電除塵器，其特征在于所述高壓端子直流高壓電源包含一個高頻逆變環節，該環節由低壓整流器，低頻濾波器，高頻逆變器，高頻升壓變壓器，高頻高壓整流器和高頻高壓濾波器環節前后依次串聯構成。
3.如權利要求2所述的直流靜電除塵器，其特征在于所述直流靜電除塵器中每兩塊所述集塵極板間的間隔大約為400mm-800mm，其工作條件是靜電場內無電火花擊穿放電。
全文摘要
本發明公開了一種直流靜電除塵法，包括電源輸入經過調工器的調工步驟，再將得到的工頻電源接到工頻升壓變壓器的升壓步驟，再將升壓得到的電源接到工頻高壓整流器的整流步驟和最后將得到的整流電源接到高壓端子流到集塵極板的除塵步驟，直流靜電除塵法還包括從工頻高壓整流器的輸出端，加裝高壓濾波器，然后把高壓濾波器的直流高壓輸出端接到高壓端子上的濾波步驟。實施這種直流靜電除塵法的直流靜電除塵器，它的高壓端子直流高壓電源包含一個高頻逆變環節，該環節由低壓整流器，低頻濾波器，高頻逆變器，高頻升壓變壓器，高頻高壓整流器和高頻高壓濾波器環節依次串聯構成。本發明節電效果顯著，鋼材消耗量低，可節約鋼材10％－20％左右，可節約電能50％－90％。
文檔編號B03C3/66GK1621157SQ20041010175
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月24日 優先權日2004年12月24日
發明者趙富, 葛淑欣, 于文海, 何健, 李澤民 申請人:石家莊市自動化研究所