[0001] 本发明涉及高压电源技术领域，具体涉及一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置。

[0002] 化工、冶金、电力、建材、制药和食品加工等行业的废气都要经过除尘过滤处理后才能对外排放，否则会严重污染环境。但随着上述行业排放的高温、高粉尘和高比电阻以及化学成份复杂废气的增加，现有普通螺旋除尘设备、电除尘设备、湿法除尘设备、布袋式除尘设备都不能满足上述恶劣工况的废气处理要求。

[0003] 多孔陶瓷管除尘器具有耐高温、耐腐蚀、机械强度大、结构稳定不变形和寿命长等突出优点，因而被认为是热粒子过滤材料的最佳选择。多孔陶瓷管除尘器分离效率高，除尘率一般可以超过99  .99％，其过滤性能，尤其针对PM2  .5以下的细粒子过滤是其它除尘、收尘设备无法比拟的。随着技术的发展，还能在陶瓷管内填充的脱硝催化剂，实现陶瓷管除尘与脱硝一体化，使之有更高的应用价值。

[0004] 多孔陶瓷过滤管用于工业废气的粉尘过滤，效果稳定可靠，但由于过滤孔径小，多孔陶瓷气体过滤管表面的积尘后时，阻力很大，导致引风机消耗功率大，运行成本高。

[0005] 鉴于此，特提出一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置。

[0006] 本发明的目的在于提供一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置，以解决上述背景技术中现有的问题。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置，包括脉冲高压电源、离子发生器、控制器、含尘气体进入进口烟道接口、含尘气体排出进口烟道接口和多孔陶瓷管除尘器；其中，所述脉冲高压电源包括工频交流电源、交流直流变换器、交流直流变换器控制电路、4个采集电路、保护电路、脉冲发生与升压电路和半导体开关控制电路；
所述工频交流电源与交流直流变换器连接，用于为其提供工频交流电；
所述交流直流变换器控制电路用于根据所述控制器的信号调整所述交流直流变换器的输出直流电VDC1；
所述交流直流变换器用于调节直流电VDC1的电压，控制脉冲发生与升压电路的峰值电压，控制离子发生器离子的数量，调节粉尘荷电强弱；
其中一个采集电路连接在交流直流变换器和控制器之间，用于采集所述交流直流变换器的输出电压并发送给所述控制器；第二个采集电路连接在所述离子发生器和控制器之间，用于采集所述离子发生器的输出电压并发送给所述控制器；第三个采集电路连接在脉冲发生与升压电路和控制器之间，用于采集脉冲发生与升压电路的输出电流并发送给所述控制器；第四个采集电路设置在多孔陶瓷管除尘器和控制器之间，用于采集多孔陶瓷管除尘器的电压并发送给所述控制器；
所述脉冲发生与升压电路用于将直流电转化为高电压脉冲；
所述保护电路用于对离子发生器提供高压击穿缓冲保护，包括电阻R1、二极管D2和电容C2，其中，电阻R1和二极管D2并联；
所述半导体开关控制电路连接在所述脉冲发生与升压电路和控制器之间，用于根据所述控制器的信号控制离子产生的次数，控制荷电次数；
所述多孔陶瓷管除尘器与离子发生器通过管道连接，用于对从离子发生器处理过的含尘气体进行净化。

[0008] 优选的，所述脉冲发生与升压电路包括限流电感L1、电感L2、二极管D1、储能电容C3、脉冲变压器TR1、电流传感器I1、功率半导体开关VT1，直流电VDC1正极经过限流电感L1、二极管D1、给储能电容C3充电，再经过电感L2、脉冲变压器TR1初级线圈、电流传感器I1返回VDC1的负极，储能电容C3充电后，控制功率半导体开关VT1导通，导通后脉冲变压器TR1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器TR1次级线圈升压，输出高电压脉冲VC2。

[0009] 优选的，所述多孔陶瓷管除尘器内部设置有若干陶瓷管。

[0010] 优先的，所述多孔陶瓷管除尘器与离子发生器之间的管道内设置有气体流量计，用于采集管道内的气体流量并发送给控制器。

[0011] 优选的，所述离子发生器的机械结构为线筒结构。

[0012] 优选的，所述离子发生器的线筒结构为单线筒结构。

[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）采用单线筒结构工艺简单，直接在入口的管道中插入离子发生器，降低陶瓷除尘器运行阻力；
（2）相对于直流供电模式，直流高压供电时提供持续电场力，离子发生器相当于一个电除尘电场，导致粉尘堆积造成烟气管道堵塞；本发明采用脉冲方式，瞬时产生大量离子仅仅用于碰撞荷电。离子发生器内部平均电场强低，无除尘效果，可以防止离子发生器收尘，粉尘堆积造成烟气管道堵塞；
（3）可靠性高‑可控脉冲高压离子发生器粉尘荷电，微秒级脉冲波形，设备不易出现高压击穿；
（4）设备运行能耗低‑可控脉冲高压离子发生器粉尘荷电，脉冲发生后，离子体发生器剩余能量通过电流后半波回收。根据烟气流量变化优化脉冲高压输出频率，优化设备能耗；
（5）可通过程序软件调节电气参数，适应不同大小的多孔陶瓷管除尘器。
附图说明

[0014] 图1为本发明一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置的系统图；图2为本发明一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置的电路原理图；
图3为图2中K1‑K4的电路原理图；
图4为图2中Q1‑Q2的电路原理图；
图5为图2中在毫秒级下离子发生器FZ1电压波形和脉冲变压器TR1初级线圈谐振脉冲电流波形的对比图；
图6为图2中在纳秒级下离子发生器FZ1单次脉冲电压波形和脉冲变压器TR1初级线圈单次谐振脉冲电流波形的对比图。

[0015] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0016] 请参阅图1‑2，本发明提供一种技术方案，一种利用脉冲高压降低陶瓷管除尘阻力的装置，包括工频交流电源Vabc、交流直流变换器MT1、交流直流变换器控制电路Q1、控制器MT2、4个采集电路、离子发生器FZ1、多孔陶瓷管除尘器BF1、保护电路、脉冲发生与升压电路和半导体开关控制电路Q2、含尘气体进入进口烟道接口、含尘气体排出进口烟道接口；工频交流电源Vabc与交流直流变换器MT1连接，用于为其提供工频交流电；
交流直流变换器控制电路Q1用于根据控制器MT1的信号调整交流直流变换器MT1的输出直流电VDC1；
4个采集电路分别为直流电压采集电路K1、脉冲发生与升压电路电流采集电路K2、离子发生器FZ1电压峰值采集电路K3和多孔陶瓷管除尘器BF1电压采集电路，K1连接在交流直流变换器MT1和控制器MT2之间，用于采集交流直流变换器的输出电压并发送给控制器MT2；K3在离子发生器FZ1和控制器MT2之间，用于采集离子发生器的输出电压并发送给控制器；K2连接在脉冲发生与升压电路和控制器MT2之间，用于采集脉冲发生与升压电路的输出电流并发送给控制器MT2；K4设置在多孔陶瓷管除尘器BF1和控制器MT2之间，用于采集多孔陶瓷管除尘器BF1入口和出口的电压从而监控陶瓷管除尘器阻力变化并发送给所述控制器MT2；
脉冲发生与升压电路用于将直流电转化为高电压脉冲，包括包括限流电感L1、电感L2、二极管D1、储能电容C3、脉冲变压器TR1、电流传感器I1、功率半导体开关VT1，直流电VDC1正极经过限流电感L1、二极管D1、给储能电容C3充电，再经过电感L2、脉冲变压器TR1初级线圈、电流传感器I1返回VDC1的负极，储能电容C3充电后，控制功率半导体开关VT1导通，导通后脉冲变压器TR1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器TR1次级线圈升压，输出高电压脉冲VC2；
保护电路与脉冲发生与升压电路连接，用于对脉冲发生与升压电路提供高压击穿缓冲保护，包括电阻R1、二极管D2和电容C2，其中，电阻R1和二极管D2并联，作用一，当离子发生器FZ1内部发生高压击穿闪络时，脉冲变压器TR1次级线圈反向冲击电流，耦合至脉冲变压器TR1初级线圈，此时反向冲击电流经电感L2(L2可以是变压器漏感)、储能电容C3、二极管D2,进入吸收电容C2, 提供高压击穿缓冲保护。作用二，抑制功率半导体开关VT1端的尖峰电压；
多孔陶瓷管除尘器BF1与离子发生器FZ1通过管道连接，用于对从离子发生器FZ1处理过的含尘气体进行净化；含尘气体进入进口烟道接口和含尘气体排出进口烟道接口设置在离子发生器的两端；
半导体开关控制电路Q2连接在脉冲发生与升压电路和控制器MT2之间，用于根据控制器MT2的信号调整脉冲发生与升压电路的脉冲电压频率，从而控制产生等离子体的密度。

[0017] 进一步地，多孔陶瓷管除尘器BF1内部设置有若干陶瓷管CT1。

[0018] 进一步地，多孔陶瓷管除尘器BF1与离子发生器FZ1之间的管道F2内设置有气体流量计S1，用于采集管道内的气体流量并发送给控制器MT2。

[0019] 进一步地，孔陶瓷除尘器与离子发生器通过管道连接，用于对从离子发生器处理过的含尘气体进行净化。

[0020] 进一步地，离子发生器FZ1的机械结构为线筒结构，具体可以采用脉单线筒结构。离子发生器其中一电极为线型电极，另一电极为圆筒。线筒型离子发生器安装在多孔陶瓷管除尘器入口烟气管道中，脉冲高压在线筒型离子发生器内部产生大量离子，与多孔陶瓷管除尘器入口烟气管道中的粉尘颗粒碰撞完成荷电。

[0021] 工作原理：如图2所示，在多孔陶瓷管除尘器BF1入口的烟气管道中插入离子发生器FZ1。系统含尘气体E1经管道F1的含尘气体进入进口烟道接口流入离子发生器FZ1，脉冲高压直接电离在发生器中的含尘气体E1，在气体中产生大量的离子。气体中的粉尘与离子发生器FZ1中的离子碰撞，气体中的粉尘被带上相同极性的电荷，之后通过含尘气体排出进口烟道接口流经过管道F2，然后从进口P1进入多孔陶瓷管除尘器BF1。含尘气体经过多孔陶瓷管CT1时，粉尘在陶瓷管CT1表面聚集，陶瓷管CT1表面的粉尘颗粒之间由于带上了相同极性的电荷互相产生排斥力，使粉尘颗粒堆积变得松散，陶瓷管CT1表面的带同极性电荷粉尘层质地疏松，气阻很小，减少了引风机的消耗功率，降低了运行成本。净化后的气体，从多孔陶瓷管除尘器BF1的出口P2流出。

[0022] 另一边，接入工频交流电源Vabc后，经过交流直流变换器MT1转换，输出直流电VDC1,C1为直流滤波电容。直流电VDC1正极,经过限流电感L1，二级管D1，给储能电容C3充电,再经电感L2(L2可以是变压器漏感)，脉冲变压器TR1初级线圈，电流传感器I1，返回VDC1的负极。储能电容C3，电感L2(L2可以是变压器漏感)，脉冲变压器TR1初级线圈，功率半导体开关VT1，组成一个脉冲放电回路。储能电容C3充电后，可以控制功率半导体开关VT1导通（一般导通时间小于20微秒），导通后脉冲变压器TR1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器TR1次级线圈升压，输出高电压脉冲VC2。高电压脉冲VC2,在离子发生器FZ1产生高压电场，高压电场直接电离含尘气体，气体中的粉尘与发生器中的离子碰撞，气体中的粉尘被带上相同极性的电荷。。

[0023] 控制器MT2,可以按固定频率，经半导体开关控制电路Q2，控制功率半导体开关VT1的导通，控制产生脉冲电压的频率，控制产生离子的密度。控制器MT2,也可以根据采集传感器S1(烟道气体流量计)，自动控制脉冲频率输出，优化运行能耗。控制器MT2,还可以通过交流直流变换器控制电路Q1，改变直流电压VDC1的电压值，控制离子发生器FZ1内部的峰值电压，控制离子的密度，适应含尘气体不同的温度、湿度，防止气体温湿度不同导致气体绝缘下降，导致的高压击穿，提升工作的稳定性。

[0024] K1 直流电压采集电路、K2脉冲发生器TR1电流采集电路、K3离子发生器FZ1电压峰值采集电路，K4陶瓷除尘器电压采集电路，接入控制器MT2，用于监控脉冲发生电路、离子发生器FZ1的状态以及多孔陶瓷管除尘器BF1的阻力变化，实现自动控制、故障保护等功能。

[0025] R1、D2、C2组成保护电路，作用一，当离子发生器FZ1内部发生高压击穿闪络时，脉冲变压器TR1次级线圈反向冲击电流，耦合至脉冲变压器TR1初级线圈，此时反向冲击电流经电感L2(L2可以是变压器漏感)、储能电容C3、二极管D2,进入吸收电容C2, 提供高压击穿缓冲保护。作用二，抑制功率半导体开关VT1端的尖峰电压。

[0026] 离子发生器FZ1, 主要于构建非均匀电场，利用脉冲高压产生离子。结构可以是线筒结构，线筒结构方便与烟气管道的连接。优选地，采用单线筒结构，工艺简单。筒为单个金属圆筒，直径在200毫米‑700毫米之间，壁厚3‑10mm之间，线或管设置在金属圆筒中心，线或管有放电尖端。

[0027] 电感L2(L2可以是变压器漏感)，与离子发生器FZ1结构形成的电容形成串联谐振，能够实现离子发生器FZ1中的电荷回收。

[0028] 其中，K1‑K4为光电隔离转换电路，将传感器信号隔离转换后送入控制器MT2，提高抗干扰能力，具体的电路原理图如同3所示；Q1‑Q2为含光电隔离的驱动控制电路，具体的电路原理图如图4所示。

[0029] 如同5所示， VC1为离子发生器FZ1上的电压波形,单极性脉冲电压，优选为正电压。控制器MT2,通过交流直流变换器控制电路Q1，改变直流电压VDC1的电压值，控制离子发生器FZ1内部的峰值电压VC1Peak，控制等离子体的强度。

[0030] TS为脉冲高压重复间隔时间，通过工作频率调节，控制器MT2,经半导体开关控制电路Q2，控制功率半导体开关VT1的导通，控制产生脉冲电压的频率,控制等离子体的强度产生次数。

[0031] I1为脉冲变压器TR1初级线圈谐振脉冲电流波形，前半波电流将离子发生器FZ1的电压VC1充电到最大峰值，后半波电流将离子发生器FZ1的电荷回收，VC1下降到0V。

[0032] 如同6所示，VC1为离子发生器FZ1上的单次脉冲电压波形, 单极性脉冲电压，优选为正电压。

[0033] I1为脉冲变压器TR1初级线圈单次谐振脉冲电流波形，从图可以看出前半波电流将离子发生器FZ1的电压VC1充电到最大峰值，电流过零点对应峰值电压VC1Peak，后半波电流将离子发生器FZ1的电荷回收，VC1下降到0V。前半波电流流过功率半导体开关VT1，后半波电流流过功率半导体开关VT1的反并联二极管。Q2驱动功率半导体开关VT1的脉宽，应大于PW, 优选在电流I1刚过零之时。

[0034] 本发明在多孔陶瓷管除尘器入口的管道中，插入离子发生器。含尘气体流过离子发生器，脉冲高压直接电离在发生器中的含尘气体，在气体中产生大量的离子。气体中的粉尘与发生器中的离子碰撞，气体中的粉尘被带上相同极性的电荷，之后经管道进入多孔陶瓷管除尘器过滤。含尘气体经过多孔陶瓷管时，粉尘在陶瓷管表面聚集，陶瓷管表面的粉尘颗粒之间由于带上了相同极性的电荷互相产生排斥力，使粉尘颗粒堆积变得松散，陶瓷管表面的带同极性电荷粉尘层质地疏松，气阻很小，减少了引风机的消耗功率，降低了运行成本。

[0035] 需要说明的是，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0036] 本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

[0037] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。