CN101322957A - 高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，由发射电极棒(1)和导电筒体(2)构成；发射电极棒采用稀土钨复合功能材料，作为热电子发射阴极；导电筒体接地，作为热电子发射阳极；导电筒体中部设有绝缘套管(3)，一导电吊杆(4)穿过绝缘套管将发射电极棒吊悬于导电筒体中。本发明装置，以稀土钨复合功能材料制成热电子发射电极，提高了发射极的耐高温性能，使设备工作温度可达1200℃；荷电区采用环状结构，充分发挥了热电子发射的特点，提高了电子密度分布的均匀性；采用热电子发射技术，使荷电区电流密度比传统的电晕放电式荷电技术高3－4个数量级。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温烟气除尘设备，具体说是涉及一种高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，用于烟气除尘技术中。
背景技术
大气中细粒子的捕集与高温烟气除尘，是迄今为止国内外环境工程领域所面临的两个难题，也是空气污染治理方向的研究热点。静电除尘技术具有压降力损失低，无堵塞，处理烟气量大，除尘效率尤其对细颗粒捕集效率高等优点。颗粒的荷电是静电除尘的第一步，也是关键的一步。传统的静电除尘器均采用基于高电压电晕放电的电晕式颗粒荷电技术，它适合在450℃以下的中低温环境下工作。在高温状态下其电晕运行的电压范围缩小，电晕现象难以维持；由于它的操作电压高(高达50-100KV)，因而在高温状态下电绝缘问题难以解决。美国、德国和日本等都进行过电晕式高温静电除尘器的研究，已有在650℃-790℃，570KPa下运行100小时的实验记录，其除尘效率为95％-99.5％，但存在高温时电晕现象难以维持等难题。为此，国内东南大学和南京师范大学率先提出了基于材料热电子发射的无电晕式静电除尘技术，即热电子发射式静电除尘技术，该技术采用某种逸出功较低的复合功能材料制成热电子发射阴极，利用高温烟气本身或其它外部热量使发射头加热而发射出电子，在一定的电场强度下，使微粒荷电，然后通过电场力作用将其从烟气中分离出来。其关键是研制新型热电子复合功能材料，实现在高温烟气环境中均匀、稳定、高密度的热电子发射。目前所用的技术是以在不锈钢(1Cr18Ni9Ti)板上镶嵌一组圆片状发射材料作为热电子发射阴极，发射材料是由在金属基体上涂敷碱土金属氧化物制成的。其缺点一是发射体在高温烟气中易中毒而失效，其工作温度≤800℃；二是荷电区电子密度分布不均匀，影响粉尘的荷电效果。
发明内容
本发明所要解决的问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置。其热电子发射体具有良好的抗高温老化特性，在高温烟气环境中能够稳定、高密度地发射出热电子，其工作温度可达1200℃。
本发明高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，由发射电极棒和导电筒体构成；发射电极棒采用稀土钨复合功能材料，作为热电子发射阴极；导电筒体接地，作为热电子发射阳极；导电筒体中部设有绝缘套管，一导电吊杆穿过绝缘套管将发射电极棒吊悬于导电筒体中。
所述稀土钨复合功能材料，为添加稀土氧化物CeO2、La2O3或/和Y2O3的钨基复合功能材料，其组份中包含至少一种CeO2、La2O3或Y2O3，所述稀土氧化物质量百分比为0.55～2.2％，余量为钨；当包含CeO2、La2O3、Y2O3两种或三种时，各稀土氧化物之间可以任意配比。其制备方法是：将钨酸盐和稀土硝酸盐通过掺杂、烘干、两次氢还原工艺后制成钨粉，再经混料、压型，预烧结，垂熔烧结，塑性加工成各种规格的圆棒。
所述导电吊杆采用刚玉瓷质套管。
本发明高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，以稀土钨复合功能材料制成热电子发射电极，提高了发射极的耐高温性能，使设备工作温度可达1200℃；荷电区采用环状结构，充分发挥了热电子发射的特点，提高了电子密度分布的均匀性；采用热电子发射技术，使荷电区电流密度比传统的电晕放电式荷电技术高3-4个数量级；本发明利用高温烟气本身的热量使发射头加热而发射出电子，与传统的高电压电晕放电式粉尘荷电技术相比，不仅有效地利用了烟气废热，节约能源，而且克服了后者高温条件下电绝缘问题难以解决，工作稳定性差等缺点。
附图说明
图1为本发明高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：如图1所示，高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，由发射电极棒1和导电筒体2构成。为充分发挥热电子发射的特点，本发明装置采用管式结构。发射电极棒采用稀土钨复合功能材料，作为热电子发射阴极；导电筒体外壁接地，作为热电子发射阳极；导电筒体中部设有绝缘套管3，用一不锈钢导电吊杆4穿过绝缘套管将发射电极棒吊悬于导电筒体中心，以保证热电子均匀地向四周发射。安装使用时两发射极与电源阴极相连。为确保在较大温度区间内热电子的稳定发射，在发射极与电源阴极之间设置调压、整流、滤波和稳压系统，将荷电电压控制在0-3000V之间，调压、整流、滤波和稳压为现有技术，在此不再赘述。为解决高温电绝缘问题，导电吊杆4以刚玉瓷质套管绝缘。
所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含质量百分比为0.55的CeO2稀土氧化物，余量为钨。其制备方法是：将钨酸盐和稀土硝酸盐通过掺杂、烘干、两次氢还原工艺后制成钨粉，再经混料、压型，预烧结，垂熔烧结，塑性加工成各种规格的圆棒。
实施例2：与实施例1基本相同，所不同的是：所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含稀土氧化物CeO2和La2O3，所述稀土氧化物质量百分比为1％，余量为钨；两稀土氧化物之间可以任意配比。
实施例3：与实施例2基本相同，所不同的是：所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含稀土氧化物CeO2、La2O3和Y2O3，所述稀土氧化物质量百分比为2.2％，余量为钨；各稀土氧化物之间可以任意配比。
实施例4、与实施例1基本相同，所不同的是：所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含稀土氧化物La2O3，所述稀土氧化物质量百分比为2.2％，余量为钨。
实施例5、与实施例1基本相同，所不同的是：所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含稀土氧化物Y2O3，所述稀土氧化物质量百分比为1％，余量为钨。
本发明装置的工作原理是：如图1所示，含有粉尘的高温烟气流经荷电区，发射极被高温烟气加热后发射出自由电子，其中一部分电子被烟气中的负电性气体捕捉而变成负离子。这样，在荷电区空间内存在着大量的自由电子和一些负离子，它们在电场力的作用下，以一定的速率由发射极(阴极)向阳极迁移，形成荷电电流。粉尘随高温烟气纵向流过荷电区，与由发射极(阴极)向阳极迁移的自由电子和负离子碰撞并捕捉它们而变成带负电荷的粒子。
表1为实际测得的不同条件下的相关参数。
表1
| 压力(Pa) | 温度(℃) | 电压(V) | 电流密度(mA/m2) | |
| I | 1.01*105 | 1194 | 2400 | 192 |
| II | 1.01*105 | 1164 | 2640 | 203 |
| III | 1.01*105 | 1188 | 1600 | 173 |
| IV | 1.01*105 | 827 | 2280 | 89 |
Claims (3)
1、一种高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，由发射电极棒(1)和导电筒体(2)构成；其特征是：发射电极棒采用稀土钨复合功能材料，作为热电子发射阴极；导电筒体接地，作为热电子发射阳极；导电筒体中部设有绝缘套管(3)，一导电吊杆(4)穿过绝缘套管将发射电极棒吊悬于导电筒体中。
2、根据权利要求1所述高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，其特征是：所述稀土钨复合功能材料，其组份中包含至少一种CeO2、La2O3或Y2O3稀土氧化物，所述稀土氧化物质量百分比为0.55～2.2％，余量为钨；当包含CeO2、La2O3、Y2O3两种或三种时，各稀土氧化物之间可以任意配比。
3、根据权利要求1或2所述高温烟气热电子发射式颗粒物荷电装置，其特征是：所述导电吊杆采用刚玉瓷质套管。
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