CN105498967A - 一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，属于烟气净化领域。该高温除尘系统包括荷电区和收尘区，荷电区中设有金属筒体，在金属筒体上分别设置有含尘气体入口和含尘气体出口；金属筒体的外壁接地，作为荷电区的阳极；在金属筒体中设置发射电极作为阴极，发射电极采用稀土氧化物的钨基复合材料制备而成，发射电极与高压电源阴极相连；金属筒体的外围设有保温装置；收尘区设有颗粒层过滤器，颗粒层过滤器的入口与荷电区的含尘气体出口相连。本发明的高温除尘系统结构简单，使用方便，除尘效果显著，具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温除尘系统，具体涉及一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，属于烟气净化技术领域。
背景技术
整体煤气化联合循环(IGCC)多联产技术对于煤的高效、清洁利用以及现代石油工业清洁生产具有重要的现实意义，高温合成气除尘是当前IGCC面临的关键问题之一。迄今为止，国际上所研究的高温除尘技术主要包括静电除尘、旋风除尘、陶瓷过滤除尘、金属毡过滤除尘和颗粒层过滤除尘等；这些技术均有各自的缺点和局限性，至今还存在一些难以突破的技术瓶颈，尚不能完全满足IGCC系统高温合成气直接除尘的商业化要求。根据对不同高温除尘方式的综合分析，目前国际上公认颗粒层过滤除尘最有发展前途。
颗粒层过滤除尘的最大问题是对微细颗粒的分级除尘效率低(具体表现在0.5～9μm粒径范围内的收集效率约75％～90％)，尚难以满足燃气轮机等设备安全运行以及日益苛刻的环保要求。因此，如果应用颗粒层过滤器作为IGCC系统高温煤气除尘设备，需要解决的关键问题是如何提高其对微细颗粒的除尘效率。虽然通过调整过滤速度、床层厚度、床层移动速率以及床层介质颗粒粒径等方法可使总体过滤效率得到提高，然而对0.5～9μm的细小尘粒来说，分离效率的提高却不明显。
如果采用静电增强的方法，则可集静电除尘和颗粒层过滤的优点于一体，既克服了前者对粉尘比电阻敏感的缺点，又避免了后者对微细颗粒捕集效率低的弱点，而实现该技术的前提和关键是如何对粉尘快速、充分地预荷电。
迄今为止所报道的相关技术均采用传统的高电压气体电晕放电方法使粉尘荷电，它只适合在450℃以下的中低温环境下工作，因为在高温状态下，其电晕运行的电压范围缩小，电晕现象难以维持；同时由于它的操作电压高(高达100kV)，电绝缘的问题难以解决。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明以逸出功较低的稀土钨复合功能材料制成热电子发射阴极，以高温煤气所含热量使其加热并发射出热电子，粉尘捕捉电子或煤气中的负离子后成为荷电粒子，高温烟气携带荷电粉尘进入颗粒层过滤器，在静电力和机械力(过滤)的协同作用下捕获荷电粉尘，利用本发明的除尘系统进行除尘，效果显著。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，包括荷电区和收尘区，所述荷电区中设有金属筒体，在金属筒体上分别设置有含尘气体入口和含尘气体出口；金属筒体的外壁接地，作为荷电区的阳极；在金属筒体中设置发射电极作为阴极，发射电极采用钨基复合材料制备而成，发射电极与高压电源阴极相连；所述金属筒体的外围设有保温装置；所述收尘区设有颗粒层过滤器，颗粒层过滤器的入口与所述荷电区的含尘气体出口相连。
所述金属筒体为管式结构，采用耐高温材料。
所述钨基复合材料的组成为基体钨和质量百分比0.1～3％的稀土氧化物。
进一步地，所述稀土氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3中的一种或以上几种稀土氧化物的组合。
进一步地，所述发射电极悬吊设置在金属筒体的轴线位置。
进一步地，所述含尘气体入口连接高温烟气。
进一步地，所述发射电极是圆柱状的。
本发明以添加稀土氧化物(CeO2、La2O3、Y2O3)的钨基功能复合材料为热电子发射阴极，利用场助热电子发射的方式使高温烟气中的粉尘预荷电，然后进入颗粒层过滤器，借助静电强化和颗粒层过滤的协同作用高效捕集高温烟气中的微细粉尘；本发明具体的有益效果如下：
(1)本发明的除尘系统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。
(2)本发明的除尘系统特别适用于高温环境，温度越高，阴极热电子发射密度越大，越有利于捕集细小颗粒。
(3)本发明的除尘系统以高熔点、低逸出功的稀土钨复合功能材料为阴极，结合外加电场的增强效应，可显著改善阴极的放电性能，优化微细粉尘的荷电环境，从而显著提高颗粒层对超细粉尘尤其是亚微米颗粒的捕集效率。
(4)此外，本发明系统结构简单，使用方便，除尘效果显著，具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明的新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统的结构图；
其中，1-荷电区，2-收尘区，3-含尘气体，4-高压电源阴极，5-保温层，6-稀土钨阴极，7-阳极，8-颗粒层过滤器，9-底座，10-洁净气体，11-金属筒体，12-含尘气体入口，13-含尘气体出口。
具体实施方式
下面结合附图和对本发明进一步说明。
请参照图1所示，本发明的新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其结构包括荷电区1与收尘区2，在荷电区1中，为充分发挥阴极热电子发射的特点，荷电区1采用管式结构，荷电区1的最高工作温度可达1500℃；其中，在荷电区1中设置耐高温金属筒体11(如耐高温金属的材料为2Cr25Ni20不锈钢)，在耐高温金属筒体11上分别设置有含尘气体入口12和含尘气体出口13；耐高温金属筒体11的外壁接地，作为荷电区1的阳极7；在金属筒体11的中心悬吊设置圆柱状的发射电极，以保证热电子均匀地向四周发射；发射电极为添加稀土氧化物的钨基功能复合材料制备而成，即稀土钨阴极6；钨基功能复合材料的制备过程为在基体钨中添加质量百分数为0.1～3％的稀土氧化物，再通过粉末冶金工艺制得；其中，稀土氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3中的一种或以上几种稀土氧化物的组合。
为确保在较大温度区间内热电子的稳定发射，发射电极(稀土钨阴极6)与高压电源阴极4相连。此外，在金属筒体11的外部设有保温层，以维持整个荷电区的工作温度。在收尘区2设置颗粒层过滤器8，颗粒层过滤器8的入口与荷电区1的含尘气体出口13连接。
新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统的工作原理是：高温含尘气体3流经荷电区1，稀土钨阴极6被高温气流直接加热并通过外加电场的协同作用发射出热电子，同时激发高温烟气放电产生负离子，含尘气体3中的粉尘捕捉电子或负离子后成为荷电粒子，高温烟气携带荷电粉尘进入颗粒层过滤器8，在静电力和机械力(过滤)的协同作用下捕获荷电粉尘，得到洁净气体10，最终完成高温除尘的过程。
下面结合实施例对本发明的新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统的除尘效果来作进一步的说明。
实施例
以上所述仅为本发明所述系统的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述高温除尘系统包括荷电区和收尘区，所述荷电区中设有金属筒体，在金属筒体上分别设置有含尘气体入口和含尘气体出口；金属筒体的外壁接地，作为荷电区的阳极；在金属筒体中设置发射电极作为阴极，发射电极采用钨基复合材料制备而成，发射电极与高压电源阴极相连；所述金属筒体的外围设有保温装置；所述收尘区设有颗粒层过滤器，颗粒层过滤器的入口与所述荷电区的含尘气体出口相连。
2.如权利要求1所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述金属筒体为管式结构，采用耐高温材料。
3.如权利要求1所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述钨基复合材料的组成为基体钨和质量百分比0.1～3％的稀土氧化物。
4.如权利要求3所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述稀土氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3中的一种或以上几种稀土氧化物的组合。
5.如权利要求1-4任意之一所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述发射电极悬吊设置在金属筒体的轴线位置。
6.如权利要求1-4任意之一所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述含尘气体入口连接高温烟气。
7.如权利要求1-4任意之一所述的一种新型粉尘预荷电静电增强颗粒层高温除尘系统，其特征在于，所述发射电极是圆柱状的。
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