BR112013024727B1

BR112013024727B1 - eletrodo de coleta para um precipitador eletrostático úmido

Info

Publication number: BR112013024727B1
Application number: BR112013024727-4A
Authority: BR
Inventors: Paul McGrath
Original assignee: Megtec Turbosonic Inc.
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2021-01-19
Also published as: JP2017039137A; CA2831174A1; EP2691181A1; CN103764293A; JP6089026B2; KR20140034167A; EP2691181A4; US9387487B2; CA2831174C; RU2013147628A; KR101993177B1; JP2014510629A; BR112013024727A2; RU2613650C2; US20140150659A1; WO2012129656A1; IL228596A0

Abstract

MATERIAL COMPÓSITO CONDUTOR PARA WESP Um eletrodo de coleta para utilização em precipitadores eletrostáticos úmidos, o eletrodo de coleta sendo fabricado a partir de um material compósito condutor de eletricidade, resistente à corrosão e resistente à temperatura e faísca e resina termoendurecível de modo à pro \ o eletrodo de coleta com uma resistência de arco melhorada, como ditado pela densidade e direção de erosão, por meio do controle do padrão de tecelagem e / ou espessura de tecido das fibras de carbono.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada com um material compósito condutor para aplicações precipitador eletrostático úmido (WESP).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Precipitadores eletrostáticos úmidos têm sido usados por muitos anos para remover a poeira, névoa ácida e outras partículas de ar saturado de água e outros gases por meios eletrostáticos. Em um WESP, fluxos de ar saturados de água carregado de névoa e / ou partículas carregadas em uma região do precipitador entre eletrodos de descarga e coleta, onde as partículas e / ou névoa são carregadas eletricamente por corona emitida a partir de eletrodos de descarga de alta voltagem. Como o gás saturado de água flui mais para dentro do WESP, a matéria e / ou névoa de partículas carregadas é eletrostaticamente atraída para placas ou eletrodos de coleta aterrados onde é coletada. Os materiais acumulados são continuamente lavados por tanto uma película de irrigação de água e enxágue periódico.

[003] WESPs são usados para remover poluentes provenientes de correntes de gás de exaustão a partir de várias fontes industriais, tais como incineradores, fabricação de produtos de madeira, fornos de coque, fornos de vidro, plantas metalúrgicas não ferrosas, plantas de geração de eletricidade a carvão, instalações de produtos florestais, plantas de secagem de produtos e plantas petroquímicas.

[004] Tradicionalmente, as superfícies de coleta e outras partes de precipitadores eletrostáticos expostas a corrente de gás de processo têm sido fabricadas a partir de aço carbono, aço inoxidável, ligas resistentes à corrosão e temperatura e chumbo. No entanto, estes materiais tendem a corrosão e / ou degradar ao longo do tempo especialmente quando os precipitadores são usados em ambientes severos. Aço carbono e inoxidável tendem a corroer ou erodir em condições ácidas severas. Termoplásticos reforçados tendem a corroer e / ou descamar devido a condições corrosivas severas e temperatura alta localizada em regiões de faíscas.

[005] Outros métodos têm sido utilizados para fabricar superfícies de coleta que envolvem o uso de materiais plásticos, no entanto, estes materiais dependem de uma película de água contínua para assegurar aterramento elétrico do equipamento, o que provou ser um problema. PVC, polipropileno e outros materiais semelhantes têm sido usados, mas têm sofrido com buracos e incêndios induzidos por ignições e, por conseguinte, não são amplamente utilizados.

[006] Nas publicações PCT N°s WO2008/154,735 e WO2010/108,256 atribuídas ao cessionário desta e incorporadas aqui por referência, descreve-se material compósito, eletricamente condutor, resistente à corrosão e resistente à temperatura e faísca com boa dissipação de calor para utilização na fabricação de componentes utilizados em WESPs. Tais materiais compreendem, geralmente, fibras de carbono com uma resina termoendurecível em uma estrutura reticulada.

[007] Como aqui descrito, o material compósito eletricamente condutor aqui utilizado é um material compósito condutor concebido para condições de funcionamento altamente corrosivas incluindo ambientes de névoa seca e saturada com temperaturas elevadas. O material compósito é uma mistura de fibras de carbono e resinas termoendurecíveis desenvolvido para precipitação eletrostática úmida, onde esses materiais são submetidos à ignição de tensão corona, faísca, erosão, corrosão e arco de potência.

[008] Em particular, o material compósito compreende fibra de carbono dentro de uma resina termoendurecível onde extremamente fortes blocos de construção moleculares formam estruturas totalmente reticuladas ligadas uma à outra e em interconexões. A rede resultante provou suportar alta corrente de tensão depois do aparecimento de corona nos tubos do precipitador eletrostático, obtendo ignição de tensão sem corrosão do material compósito híbrido condutor. Tal resistência de faísca e sobre-arco pode ser gerado em uma tensão de cerca de 60 a 95 KV com até 500 a 1000 mA e por uma duração de cerca de 1 milissegundo. O material compósito é também resistente ao arco sustentado com uma duração de até 4 a 5 segundos. Estas propriedades são altamente desejáveis para minimizar corrosão e restringir geração de calor de alta intensidade e evitar alterações estruturais, mecânicas e químicas para o material compósito condutor.

[009] As fibras de carbono tecidas em uma manga de material biaxial contínua cria uma rede densa transmitindo condutividade elétrica e dispersão térmica dentro de resinas termoendurecíveis.

[010] Blocos de construção moleculares fortes formam estruturas totalmente reticuladas ligadas umas às outras e como interconexões, produzindo uma rede tridimensional, costurada ao longo da espessura do laminado. As fibras de carbono são tecidas em material biaxial e triaxial contínuo. Esse arranjo fornece excelente condutividade elétrica e dispersão térmica superior através do laminado.

[011] Além das características eletrocondutoras e excelentes propriedades de resistência à corrosão, o material compósito híbrido condutor também fornece outras vantagens como um material de construção, redução do peso de carga morta pela metade ou mais, devido às qualidades de alta resistência e leve peso de fibras de carbono o que resulta em vantagens econômicas antes da instalação especialmente benéficas para feixes de tubos feitos a partir de aço inoxidável e ainda mais elevados graus de titânio.

[012] O compósito pode ser preparado por tecelagem, costura, alinhamento através de vibração utilizando frequência enquanto o material pode ser formado em formatos que são tubos e chapas de processos da arte anterior conhecidos como infusão a vácuo, pultrusão, enrolamento de filamento e auto clavagem.

[013] O material compósito condutor supera os problemas de corrosão que afetam aço inoxidável, ligas e titânio dentro de um ambiente altamente corrosivo, névoas saturadas e temperaturas elevadas, melhorando as resinas termoendurecíveis da técnica anterior e composições de fibra de carbono que não podem suportar a ignição de tensão corona e arcos de potência em até 100000 Volts.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[014] Foi agora encontrado que a direção e densidade de erosão nos eletrodos de coleta de WESP preparados a partir de tal material condutor de eletricidade, resistente à temperatura e faísca e resistente à corrosão podem ser controladas através do controle do padrão de tecelagem das fibras de carbono e espessura de tecido. A este respeito, uma tecelagem mais apertada cria uma maior densidade de linhas de erosão no eletrodo de coleta enquanto tecidos de fibra de carbono mais espessos criam linhas de erosão com menos curvas e ramificações.

[015] Deste modo, em um aspecto da presente invenção, é fornecido um eletrodo de coleta que compreende um material compósito condutor de eletricidade, resistente à corrosão e e resistente à temperatura e faísca compreendendo fibra de carbono em uma resina termoendurecível reticulada, e em que direção e densidade de erosão do eletrodo são controladas.

[016] O controle da densidade e direção de erosão pode ser efetuado por controle do padrão de tecelagem e / ou espessura de tecido de fibras de carbono. As fibras de carbono são, de preferência, tecidas em um arranjo de sarja de 2x2, mas outros padrões de tecelagem podem ser utilizados, tais como sarja de 4x4, tafetá e cetim, podem ser utilizados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] A Figura 1 é um diagrama esquemático do equipamento de teste de arco de potência utilizado para avaliar amostras para resistência de arco de potência, e

[018] As Figuras 2 a 6 são fotografias tiradas com um microscópio óptico de amostras testadas como descrito nos exemplos abaixo.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA

[019] Referindo-se à Figura 1, um único tubo de coleta hexagonal de 250 milímetros de 3m de comprimento foi criado em uma bancada de teste de laboratório, alimentado por um conjunto de transformador / retificador (T / R) de 50kV, 8mA NWL.

[020] Um banco de capacitor foi instalado em paralelo com o tubo hexagonal. A capacidade era equivalente a cerca de 277 tubos, cada de diâmetro equivalente de 250 milímetros e comprimento de 5m. Um cravo de descarga pontudo foi instalado no eletrodo de mastro (emissor de luz), adjacente ao qual amostra de compósitos foram montadas no tubo de coleta de teste. Arcos de potência geraram aproximadamente 67 Joules a serem dissipados no ponto de contacto de arco sobre a amostra. O controlador no conjunto TR era tal que os arcos poderiam ser contados. Estes arcos de potência foram robustos na natureza e suficientemente altos que a leitura de contagem de arco integrada no controlador poderia ser verificada usando um cronômetro e contagem de faísca manual.

EXEMPLOS Exemplo 1

[021] Este exemplo descreve os resultados do teste obtidos para o aço inoxidável 304L (SS304L).

[022] Uma amostra construída de SS304L foi testada no equipamento de teste da Figura 1 para fins de comparação. Verificou-se que 3400 arcos causaram corrosão, 10000 arcos causaram danos de metal e corrosão graves, e 13000 arcos resultaram em danos de metal. O dano em 10000 arcos era muito significativo. Este nível de arco normalmente não é experimentado em operação de WESP de escala completa. Este nível foi arbitrariamente utilizado como padrão para adicionais testes comparativos de resistência de arco.

Exemplo 2

[023] Este exemplo mostra o efeito do padrão de tecelagem de fibra e espessura de tecido sobre a densidade e direção de erosão.

[024] Quatro amostras de materiais compósitos foram formadas em eletrodos de coleta e dispostas na plataforma de testes de arco de potência ilustrada na Figura 1. Duas das amostras foram feitas a partir de fibra de carbono de sarja de 2x2 tecida com uma elevada temperatura de distorção ao calor, resistência à corrosão, resina de epóxi vinil éster (amostras 1 e 2). Adicionais duas amostras (Amostras B1-A e B1-B) foram identicamente construídas a partir de tecido de fibra de carbono de sarja de 1x4 e submetidas a 3000 e 13000 arcos. Após o teste de arco, as amostras foram analisadas sob um microscópio óptico para melhor compreender o mecanismo fornecendo os laminados de compósito de carbono com seu elevado nível de resistência de arco.

[025] Em geral, a quantidade total de erosão de arco elétrico em todas as amostras foi relativamente pequena em comparação com a área de superfície total testada e a espessura do laminado. A Figura 2 mostra uma vista de topo e a Figura 3 uma vista de secção transversal de um orifício de pino de arco típico que foi encontrado no perímetro das áreas de teste. A estimativa de área de erosão de superfície bruta foi realizada em Amostra 1 dando 200-1400 arcos por mm2 de erosão de superfície. A quantidade de erosão de arco na Amostra 1 foi relativamente perto da Amostra B1-A com 3000 arcos.

[026] No Exemplo 1, a secção transversal da erosão conduzindo no feixe de direção transversal das fibras foi encontrada para ser bem definida "V" (Figura 5) com uma profundidade das queimaduras observadas variando de 46 a 113 μm com uma abertura de 39 a 285μm. A profundidade de erosão máxima observada era relativamente pequena, com apenas 3,9 % da espessura de laminado e 15,6 % da espessura de lâmina de superfície erodida. A secção transversal da erosão conduzindo no sentido longitudinal do reboque foi encontrada ser menos bem definida (Figura 6). O comprimento das queimaduras foi observado cerca de 380μm com profundidades variando através de todo seu comprimento.

[027] Com a adição de mais arcos (Amostra 1 em 2120 arcos versus Amostra 2 em 10041 arcos), a maioria das características previamente observadas foram duplicados, no entanto, o comprimento e a largura da erosão aumentados e a profundidade de secção transversal máxima observada de uma erosão aumentou para 364,2μm. Isto traduz-se para 11% do laminado e 2/3 da superfície de lâmina.

[028] Com as amostras 1 e 2, a aglomeração de erosão de arco formou linhas retas conduzindo transversalmente para o reboque de superfície alvo (ver Figura 4). A erosão nas amostras de sarja de 2x2 tinham uma tendência para erodir em duas linhas paralelas (pares de linhas circulados na Figura 4. Cada uma destas linhas de erosão foram associadas com um reboque correspondente na camada subjacente. Na Figura 4, linhas tracejadas foram desenhadas seguindo ambas as bordas de um único reboque na trama e um único reboque na direção de urdidura. Seguindo estes reboques, foi possível ver como a ciclagem de padrão de sarja de dois para cima e dois para baixo controla a direção das linhas de erosão.

[029] Amostra 2, com 10041 arcos, tinha uma tendência adicional daqueles observados em Amostra 1, com 2120 arcos (ver Figura 4). Uma vez que a profundidade da erosão atingiu reboques abaixo que estão conduzindo no sentido de tecido oposto, o caminho da erosão alterado para ser transversal ao do reboque recentemente alvo. Isto criou curvas e ramificações de ângulo reto nas linhas de erosão conduzindo em ambos os sentidos de urdidura ou trama.

[030] Quanto para as amostras de sarja de 1x4, a diferença entre a erosão de arco de Amostras B1-A e B1-B (sarja de 1x4) e as amostras discutidas anteriormente 1 e 2 (sarja de 2x2) foi a localização das principais concentrações de erosão. Erosão de amostra B1-A e B1-B foi concentrada principalmente para os reboques no tecido conduzindo na direção de Sarja 1 e a direção de Sarja 4 era relativamente livre de qualquer grande erosão. Em contraste com esta Amostra 1 (sarja de 2x2), erosão de arco foi distribuída uniformemente em ambas as direções de urdidura e de trama.

[031] Os resultados acima fornecem a possibilidade de controlar a densidade e direção de erosão através do controle do padrão de tecelagem do tecido e a espessura de tecido. Como se vê na Amostra 2, em cada ponto de cruzamento na tecelagem continha uma linha de erosão. Por isso, pode concluir-se que uma tecelagem mais apertada cria uma maior densidade de linhas de erosão. Tecidos mais grossos também vão criar linhas de erosão com menos curvas e ramificações.

[032] Após o teste de arco da Amostra 2 (arcos 10041) a única observação a olho nu foi descoloração de superfície causada por perda do lustre da amostra, ou brilho. Uma vez que o dano foi tão pequeno, concluiu-se que o novo compósito condutor tem melhor resistência à erosão de arco que SS304L.

Exemplo 3

[033] Este exemplo mostra o desempenho de arco de juntas entre os componentes de WESP.

[034] Na montagem de um WESP a partir de materiais de fibra de carbono compósitos, componentes são aderentes uns aos outros usando uma formulação de ligação. A montagem de tais WESPs é descrita na publicação PCT N° WO 2011/029186, cedida ao cessionário e cuja descrição é aqui incorporada por referência. As formulações para utilização como adesivo encontram-se descritas na publicação PCT N° WO 2011/147016, cedida ao aqui cessionário e cuja descrição é aqui incorporada por referência.

[035] A ligação de adesivo de subcomponentes é um aspecto importante na montagem do novo modelo de WESP. Para avaliar o desempenho de arco da junta, duas placas de amostra foram ligadas em conjunto utilizando uma formulação de ligação condutora. Uma amostra tinha uma linha de junta mais fina quanto possível (< 0,25 milímetros) e outra tinha uma linha de ligação espessa (cerca de 1,25 milímetros).

[036] Duas formulações de ligação condutoras resistentes à corrosão foram testadas, uma variante com uma mistura de fibras de carbono condutoras e outra com uma mistura de fibras de carbono condutora / nanotubos de carbono, que foi formulada para o mesmo ponto de custo de material que a primeira.

[037] Antes de aplicar a formulação de ligação, as placas de substrato foram lixadas para remover resina de superfície de isolamento. O lixar foi interrompido uma vez que 80 % da superfície mostrou reflexão anisotrópica causada pela exposição das fibras de carbono. A condutividade da superfície foi testada em vários locais para confirmar que a maioria da resina de isolamento foi removida.

[038] As juntas foram submetidas a 10000 arcos de potência na instalação de teste em uma condição elétrica aproximando a aplicação em larga escala. As observações visuais mostraram erosão de arco semelhante aos laminados não ligados, discutido acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[039] Em sumário desta descrição, materiais compósitos condutores de eletricidade, resistentes à corrosão e resistentes à temperatura e faísca compreendendo fibras de carbono e resina termoendurecível reticulada têm resistência de arco melhorada em termos de densidade e direção de erosão por controlar o padrão de tecelagem e espessura de tecido. São possíveis modificações dentro do âmbito da presente invenção.

Claims

1. Eletrodo de coleta para um precipitador eletrostático úmido, caracterizado pelo fato de ser fabricado a partir de um material compósito condutor de eletricidade, resistente à corrosão e resistente à temperatura e faísca, o material compósito compreendendo fibra de carbono uniformemente tecida de um modo geral dentro de uma resina termoendurecível em uma estrutura reticulada, em que direção e densidade de erosão no eletrodo são controladas por meio do controle do padrão de tecelagem das fibras de carbono e da espessura de tecido das fibras de carbono.

2. Eletrodo de coleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras de carbono são tecidas em um arranjo de sarja de 2x2.

3. Eletrodo de coleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aumentar o aperto do padrão de tecelagem das fibras de carbono aumenta a densidade no eletrodo.

4. Eletrodo de coleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aumentar a espessura das fibras de carbono cria linhas de erosão com menos curvas e ramificações.