一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高溫除塵系統(tǒng)，具體涉及一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高 溫除塵系統(tǒng)，屬于煙氣凈化技術領域。
【背景技術】
[0002] 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)多聯(lián)產(chǎn)技術對于煤的高效、清潔利用以及現(xiàn)代石油工 業(yè)清潔生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義，高溫合成氣除塵是當前IGCC面臨的關鍵問題之一。迄今 為止，國際上所研究的高溫除塵技術主要包括靜電除塵、旋風除塵、陶瓷過濾除塵、金屬氈 過濾除塵和顆粒層過濾除塵等;這些技術均有各自的缺點和局限性，至今還存在一些難以 突破的技術瓶頸，尚不能完全滿足IGCC系統(tǒng)高溫合成氣直接除塵的商業(yè)化要求。根據(jù)對不 同高溫除塵方式的綜合分析，目前國際上公認顆粒層過濾除塵最有發(fā)展前途。
[0003] 顆粒層過濾除塵的最大問題是對微細顆粒的分級除塵效率低(具體表現(xiàn)在0.5~9 μπι粒徑范圍內(nèi)的收集效率約75%~90% )，尚難以滿足燃氣輪機等設備安全運行以及日益 苛刻的環(huán)保要求。因此，如果應用顆粒層過濾器作為IGCC系統(tǒng)高溫煤氣除塵設備，需要解決 的關鍵問題是如何提高其對微細顆粒的除塵效率。雖然通過調(diào)整過濾速度、床層厚度、床層 移動速率以及床層介質(zhì)顆粒粒徑等方法可使總體過濾效率得到提高，然而對0.5~9μπι的細 小塵粒來說，分離效率的提高卻不明顯。
[0004] 如果采用靜電增強的方法，則可集靜電除塵和顆粒層過濾的優(yōu)點于一體，既克服 了前者對粉塵比電阻敏感的缺點，又避免了后者對微細顆粒捕集效率低的弱點，而實現(xiàn)該 技術的前提和關鍵是如何對粉塵快速、充分地預荷電。
[0005]迄今為止所報道的相關技術均采用傳統(tǒng)的高電壓氣體電暈放電方法使粉塵荷電， 它只適合在450°C以下的中低溫環(huán)境下工作，因為在高溫狀態(tài)下，其電暈運行的電壓范圍縮 小，電暈現(xiàn)象難以維持;同時由于它的操作電壓高(高達l〇〇kV)，電絕緣的問題難以解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明以逸出功較低的稀土鎢復合功能材料制 成熱電子發(fā)射陰極，以高溫煤氣所含熱量使其加熱并發(fā)射出熱電子，粉塵捕捉電子或煤氣 中的負離子后成為荷電粒子，高溫煙氣攜帶荷電粉塵進入顆粒層過濾器，在靜電力和機械 力(過濾)的協(xié)同作用下捕獲荷電粉塵，利用本發(fā)明的除塵系統(tǒng)進行除塵，效果顯著。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0008] -種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，包括荷電區(qū)和收塵區(qū)，所述 荷電區(qū)中設有金屬筒體，在金屬筒體上分別設置有含塵氣體入口和含塵氣體出口；金屬筒 體的外壁接地，作為荷電區(qū)的陽極;在金屬筒體中設置發(fā)射電極作為陰極，發(fā)射電極采用鎢 基復合材料制備而成，發(fā)射電極與高壓電源陰極相連;所述金屬筒體的外圍設有保溫裝置； 所述收塵區(qū)設有顆粒層過濾器，顆粒層過濾器的入口與所述荷電區(qū)的含塵氣體出口相連。
[0009] 所述金屬筒體為管式結構，采用耐高溫材料。
[0010]所述鎢基復合材料的組成為基體鎢和質(zhì)量百分比〇. 1~3 %的稀土氧化物。
[0011 ] 進一步地，所述稀土氧化物為Ce〇2、La2〇3、Y2O3中的一種或以上幾種稀土氧化物的 組合。
[0012] 進一步地，所述發(fā)射電極懸吊設置在金屬筒體的軸線位置。
[0013] 進一步地，所述含塵氣體入口連接高溫煙氣。
[0014] 進一步地，所述發(fā)射電極是圓柱狀的。
[0015]本發(fā)明以添加稀土氧化物(Ce02、La203、Υ 203)的鎢基功能復合材料為熱電子發(fā)射陰 極，利用場助熱電子發(fā)射的方式使高溫煙氣中的粉塵預荷電，然后進入顆粒層過濾器，借助 靜電強化和顆粒層過濾的協(xié)同作用高效捕集高溫煙氣中的微細粉塵;本發(fā)明具體的有益效 果如下：
[0016] (1)本發(fā)明的除塵系統(tǒng)利用尚溫煙氣本身的熱量使發(fā)射頭加熱而發(fā)射出電子，與 傳統(tǒng)的高電壓電暈放電式粉塵荷電技術相比，不僅有效地利用了煙氣廢熱，節(jié)約能源;而且 克服了后者高溫條件下電絕緣問題難以解決，工作穩(wěn)定性差等缺點。
[0017] (2)本發(fā)明的除塵系統(tǒng)特別適用于高溫環(huán)境，溫度越高，陰極熱電子發(fā)射密度越 大，越有利于捕集細小顆粒。
[0018] (3)本發(fā)明的除塵系統(tǒng)以高熔點、低逸出功的稀土鎢復合功能材料為陰極，結合外 加電場的增強效應，可顯著改善陰極的放電性能，優(yōu)化微細粉塵的荷電環(huán)境，從而顯著提高 顆粒層對超細粉塵尤其是亞微米顆粒的捕集效率。
[0019] (4)此外，本發(fā)明系統(tǒng)結構簡單，使用方便，除塵效果顯著，具有較高的實用價值。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)的結構圖；
[0021] 其中，1-荷電區(qū)，2-收塵區(qū)，3-含塵氣體，4-高壓電源陰極，5-保溫層，6-稀土鎢陰 極，7-陽極，8-顆粒層過濾器，9-底座，10-潔凈氣體，11-金屬筒體，12-含塵氣體入口，13-含 塵氣體出口。
【具體實施方式】
[0022 ]下面結合附圖和對本發(fā)明進一步說明。
[0023] 請參照圖1所示，本發(fā)明的新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，其結構 包括荷電區(qū)1與收塵區(qū)2,在荷電區(qū)1中，為充分發(fā)揮陰極熱電子發(fā)射的特點，荷電區(qū)1采用管 式結構，荷電區(qū)1的最高工作溫度可達1500°C;其中，在荷電區(qū)1中設置耐高溫金屬筒體11 (如耐高溫金屬的材料為2Cr25Ni2〇不銹鋼），在耐高溫金屬筒體11上分別設置有含塵氣體入 口 12和含塵氣體出口 13;耐高溫金屬筒體11的外壁接地，作為荷電區(qū)1的陽極7;在金屬筒體 11的中心懸吊設置圓柱狀的發(fā)射電極，以保證熱電子均勻地向四周發(fā)射;發(fā)射電極為添加 稀土氧化物的鎢基功能復合材料制備而成，即稀土鎢陰極6;鎢基功能復合材料的制備過程 為在基體鎢中添加質(zhì)量百分數(shù)為0.1~3%的稀土氧化物，再通過粉末冶金工藝制得;其中， 稀土氧化物為Ce〇2、La 203、Y203中的一種或以上幾種稀土氧化物的組合。
[0024] 為確保在較大溫度區(qū)間內(nèi)熱電子的穩(wěn)定發(fā)射，發(fā)射電極(稀土鎢陰極6)與高壓電 源陰極4相連。此外，在金屬筒體11的外部設有保溫層，以維持整個荷電區(qū)的工作溫度。在收 塵區(qū)2設置顆粒層過濾器8,顆粒層過濾器8的入口與荷電區(qū)1的含塵氣體出口 13連接。
[0025] 新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)的工作原理是：高溫含塵氣體3流 經(jīng)荷電區(qū)1，稀土鎢陰極6被高溫氣流直接加熱并通過外加電場的協(xié)同作用發(fā)射出熱電子， 同時激發(fā)高溫煙氣放電產(chǎn)生負離子，含塵氣體3中的粉塵捕捉電子或負離子后成為荷電粒 子，高溫煙氣攜帶荷電粉塵進入顆粒層過濾器8,在靜電力和機械力(過濾）的協(xié)同作用下捕 獲荷電粉塵，得到潔凈氣體10，最終完成高溫除塵的過程。
[0026] 下面結合實施例對本發(fā)明的新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)的除 塵效果來作進一步的說明。
[0027]實施例 [0028]
[0029]以上所述僅為本發(fā)明所述系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限 定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā) 明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫除塵系 統(tǒng)包括荷電區(qū)和收塵區(qū)，所述荷電區(qū)中設有金屬筒體，在金屬筒體上分別設置有含塵氣體 入口和含塵氣體出口；金屬筒體的外壁接地，作為荷電區(qū)的陽極;在金屬筒體中設置發(fā)射電 極作為陰極，發(fā)射電極采用鎢基復合材料制備而成，發(fā)射電極與高壓電源陰極相連;所述金 屬筒體的外圍設有保溫裝置;所述收塵區(qū)設有顆粒層過濾器，顆粒層過濾器的入口與所述 荷電區(qū)的含塵氣體出口相連。2. 如權利要求1所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，其特征在 于，所述金屬筒體為管式結構，采用耐高溫材料。3. 如權利要求1所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，其特征在 于，所述鎢基復合材料的組成為基體鎢和質(zhì)量百分比0.1~3%的稀土氧化物。4. 如權利要求3所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，其特征在 于，所述稀土氧化物為Ce〇2、La20 3、Y203中的一種或以上幾種稀土氧化物的組合。5. 如權利要求1-4任意之一所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系 統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射電極懸吊設置在金屬筒體的軸線位置。6. 如權利要求1-4任意之一所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系 統(tǒng)，其特征在于，所述含塵氣體入口連接高溫煙氣。7. 如權利要求1-4任意之一所述的一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系 統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射電極是圓柱狀的。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型粉塵預荷電靜電增強顆粒層高溫除塵系統(tǒng)，屬于煙氣凈化領域。該高溫除塵系統(tǒng)包括荷電區(qū)和收塵區(qū)，荷電區(qū)中設有金屬筒體，在金屬筒體上分別設置有含塵氣體入口和含塵氣體出口；金屬筒體的外壁接地，作為荷電區(qū)的陽極；在金屬筒體中設置發(fā)射電極作為陰極，發(fā)射電極采用稀土氧化物的鎢基復合材料制備而成，發(fā)射電極與高壓電源陰極相連；金屬筒體的外圍設有保溫裝置；收塵區(qū)設有顆粒層過濾器，顆粒層過濾器的入口與荷電區(qū)的含塵氣體出口相連。本發(fā)明的高溫除塵系統(tǒng)結構簡單，使用方便，除塵效果顯著，具有較高的實用價值。
【IPC分類】B03C3/41, B03C3/12, B03C3/34
【公開號】CN105498967
【申請?zhí)枴緾N201510426994
【發(fā)明人】顧中鑄, 蔣振松, 吳運運, 袁也
【申請人】南京師范大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年7月20日