一种自发热不沾灰放电电极及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202210872324.9 | 申请日 | 2022-07-20 | 公开(公告)号 | CN115301411B | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 浙江菲达环保科技股份有限公司; | 发明人 | 赵海宝; 胡小鑫; 杜宇江; 何毓忠; 罗水源; 吕自强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了一种自发热不沾灰放电 电极 及其制备方法，该放电电极包括 支撑 杆和放电刺，所述支撑杆的两侧沿长度方向间隔设置有若干个放电刺，所述放电刺采用三层复合结构，包括设置于 中间层 的自发热区，以及分别设置于自发热区上、下外表面的不沾灰区，所述自发热区的材料采用金属 纤维 和 碳 纤维 复合材料 ，所述不沾灰区采用不锈 钢 材料，所述放电刺的尖端放电点处还设有电晕放电区，所述电晕放电区采用钨与 稀土金属 氧 化物复合材料。该放电电极表面不易积灰、 腐蚀 ，并且便于加工，可批量生产，适合对现有电 除尘器 改造，适应性好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自发热不沾灰放电电极，包括支撑杆（1）和放电刺（2），所述支撑杆（1）的两侧沿长度方向间隔设置有若干个放电刺（2），其特征在于：所述放电刺（2）采用三层复合结构，包括设置于中间层的自发热区（21），以及分别设置于自发热区（21）上、下外表面的不沾灰区（22），所述自发热区（21）的材料采用金属纤维和碳纤维复合材料，所述不沾灰区（22）采用不锈钢材料，所述放电刺（2）的尖端放电点处还设有电晕放电区（23），所述电晕放电区（23）采用钨与稀土金属氧化物复合材料。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种自发热不沾灰放电电极及其制备方法【技术领域】 [0001] 本发明涉及烟气污染物治理的技术领域，特别是一种自发热不沾灰放电电极及其制备方法。【背景技术】 [0002] 电除尘是烟气领域除尘的主流技术之一，其基本原理是电晕放电使颗粒物荷电，在电场力的作用下粉尘被收集，所以，强化电场荷电对提高电除尘性能非常重要。电除尘器电晕放电并不是均匀的，放电极和收尘极的结构对电除尘效率影响较大，多种放电极结构已经被提出，包括电压、极性、结构形式等改进。郝吉明等探索了电除尘器管状芒刺类电晕极电参数模拟计算方法，日本三菱重工的土屋喜中等开发了新型放电极使其电流密度分布均匀，均在一定程度上提高了电除尘效率。 [0003] 目前常规电除尘器为了降低放电电极表面的积灰，一般采用304或316不锈钢材料提高放电电极表面的光滑度，或是提高振打清灰的振打力，降低振打周期等方法，也有提出在振打时降低电源的电压，通过降压振打提高清灰效率等方法。另外，申请号CN202111267761.X的发明专利，提出了在放电电极支撑管体内设有发热机构，从而提高放电电极温度降低粉尘湿度以降低粘附性，通过有机涂层降低表面黏灰性能。电荷突破阴极表面存在一个逸出功，逸出功对阴极放电性能具有重要的影响。WebneltA发现氧化物阴极逸出功很低，具有高电流的放电特性。在烟气中含水量和含硫量高的环境下的电除尘器存在放电电极易积灰、易腐蚀的问题，比如污泥掺烧、造纸碱炉、钢铁烧结机头等烟气工况，导致放电电极电晕放电效率低甚至无法放电，降低电除尘效率。 [0005] 1、放电电极容易积灰、腐蚀，导致电晕放电效率低。 [0006] 2、放电电极在污泥掺烧、造纸碱炉、钢铁烧结机头等含水量和含硫量高的环境下，积灰、腐蚀问题更加严重。 [0007] 3、电晕放电均匀性差，能耗利用率低。 [0008] 4、部分新型极线结构复杂，成本高。【发明内容】 [0009] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种自发热不沾灰放电电极及其制备方法，该放电电极表面不易积灰、腐蚀，并且便于加工，可批量生产。 [0010] 为实现上述目的，本发明提出了一种自发热不沾灰放电电极，包括支撑杆和放电刺，所述支撑杆的两侧沿长度方向间隔设置有若干个放电刺，所述放电刺采用三层复合结构，包括设置于中间层的自发热区，以及分别设置于自发热区上、下外表面的不沾灰区，所述自发热区的材料采用金属纤维和碳纤维复合材料，所述不沾灰区采用不锈钢材料，所述放电刺的尖端放电点处还设有电晕放电区，所述电晕放电区采用钨与稀土金属氧化物复合材料。 [0011] 作为优选，所述电晕放电区采用的材料包括：钨金属70‑80％，W‑ThO2含量0‑8％，W‑CeO2含量0‑5％，W‑MgO含量0‑9％，W‑La2O3含量0‑3％，W‑ZrO2含量0‑5％，W‑Y2O3含量0‑8％。 [0012] 作为优选，所述电晕放电区的长度1‑3mm。 [0013] 作为优选，所述不沾灰区的表面具有物理不粘层。 [0014] 作为优选，所述物理不粘层为微米级的粗糙面，粗糙面其表层的硬度为HV500～1000，更优的硬度为HV500～800。 [0015] 作为优选，所述自发热区21的厚度0.35‑0.65mm、所述不沾灰区22的厚度为0.1‑0.12mm。 [0016] 本发明还提出了一种自发热不沾灰放电电极的制备方法，将成型的放电刺与支撑杆焊接，形成放电电极，所述放电刺的制备方法包括以下步骤： [0017] S1.1制作不沾灰区形成不沾灰区薄片，包括以下步骤： [0019] b.表面处理：对不锈钢板板材进行表面处理，形成的氧化膜； [0020] c.打磨工序：对不锈钢板板材表面进行机械抛光； [0022] e.氧化工序：进行氧化处理，在粗糙面上形成纳米级的氧化膜； [0023] S1.2制作自发热区形成自发热区薄片：将金属纤维和碳纤维制作成厚度为0.35‑0.65mm的金属薄片，并预设形状。 [0024] S1.3压制成型：将自发热区薄片置于两个不沾灰区薄片之间进行压制成型，形成放电刺的三层复合结构，各层薄片之间采用金属胶水粘接； [0026] 作为优选，步骤a中，选取厚度为0.1‑0.12mm的不锈钢板材，通过磨料在不锈钢板材表面形成微米级的粗糙面。 [0027] 作为优选，步骤d中，采用二次加热的方式硬化，先在600～650℃下热处理3～6小时，表面硬度达到HV500～1000，然后在450～600℃下热处理5～10小时，形成硬度为HV500～800的表面硬化层。 [0028] 作为优选，所述表面硬化层的厚度为6～15微米。 [0029] 本发明的有益效果： [0030] 1.放电电极通过加热电极表面温度，水分不结露，灰的湿度低，从而放电电极表面不易积灰、腐蚀。避免放电电极在污泥掺烧、造纸碱炉、钢铁烧结机头等含水量和含硫量高的环境下，积灰、腐蚀严重的问题。 [0031] 2.电晕放电均匀性好，能耗利用率高。 [0032] 3.加工简单，可通过压型设备批量高质量生产，成本低，质量好。 [0033] 4.适合对现有电除尘器改造，适应性好。 [0035] 图1是本发明一种自发热不沾灰放电电极的结构示意图； [0036] 图2是本发明一种自发热不沾灰放电电极的断面示意图； [0037] 图3是本发明一种自发热不沾灰放电电极的放电刺的示意图； [0038] 图4是本发明一种自发热不沾灰放电电极的放电刺的断面示意图。【具体实施方式】 [0039] 参阅图1至图4，本发明一种自发热不沾灰放电电极，包括支撑杆1和放电刺2，所述支撑杆1的两侧沿长度方向间隔设置有若干个放电刺2，所述放电刺2采用三层复合结构，包括设置于中间层的自发热区21，以及分别设置于自发热区21上、下外表面的不沾灰区22，所述自发热区21的材料采用金属纤维和碳纤维复合材料，所述不沾灰区22采用不锈钢材料，所述放电刺2的尖端放电点处还设有电晕放电区23，所述电晕放电区23采用钨与稀土金属氧化物复合材料。 [0040] 本发明的放电电极在电晕放电过程中，电流流过放电电极的尖端，分别流过放电电极的支撑杆1、自发热区21、电晕放电区22，在放电电极不断电晕放电的情况下，自发热区21在电流的作用下发热，再通过金属之间的导热，提高放电电极整体与烟气环境之间的温度差，从而避免烟气中的水分、SO3冷凝吸附到放电电极表面，提高了放电电极的抗腐蚀性能和不沾灰性能。 [0041] 进一步地，所述电晕放电区23采用的材料包括：钨金属70‑80％，W‑ThO2含量0‑8％，W‑CeO2含量0‑5％，W‑MgO含量0‑9％，W‑La2O3含量0‑3％，W‑ZrO2含量0‑5％，W‑Y2O3含量 0‑8％。其中，钨与稀土金属氧化物复合材料的配料根据烟气工况设定。在众多热电子发射材料中，钨材料具有熔点高，蒸汽压低，逸出功并不高(4.5eV)的特点，在纯钨中添加少量的ThO2，可以降低逸出功，有效的提高发射效率。本发明中以钨为基底，添加ZrO2、MgO、稀土氧化物(La2O3、Y2O3、CeO2及其复合氧化物)等高熔点氧化物复合材料，以稀土氧化物的添加最为有效，稀土氧化物作为活性物质，降低材料的逸出功，提高其热电子发射能力，并且具有优良的耐高温特性，因此，开发了以稀土添加钨为基底的高电流密度电子发射体的电除尘器放电电极电晕放电材料。 [0042] 进一步地，所述电晕放电区23的长度1‑3mm。由于电晕放电为尖端放电，在曲率达到一定程度时，在相应高电势差的情况下发生电晕放电现象，从而使空气电离产生正负电荷，因此需要再电晕放电区域采用逸出功更低的材料，从而提高放电效率。同时，电晕放电区23的长度过长将导致特殊材料的用量增加，从而成本增加。通过试验得出，电晕放电区23的长度1‑3mm的设置可保证覆盖电晕放电区，并且成本相对较低。 [0043] 进一步地，所述不沾灰区22的表面具有物理不粘层。在本实施例中，所述物理不粘层为微米级的粗糙面，粗糙面其表层的硬度为HV500～1000。 [0044] 进一步地，所述自发热区21的厚度0.35‑0.65mm、所述不沾灰区22的厚度为0.1‑0.12mm。该设置对比了制作成本、材料成本、不沾灰层的损耗、自发热区的发热效果，并选取了最佳的设置。 [0045] 进一步地，所述金属纤维：碳纤维为2‑3：18‑19。所述金属纤维包括镍铬：钨钼，其中镍铬：钨钼为5‑12：3‑8。能够使加热速度更快，电热转换率可达95％以上。 [0046] 电流导向设置：通过设置不沾灰区的材料和厚度，提高不沾灰区的电阻，从而将电流沿支撑杆→自发热区→电晕放电区的流动方向，确保自发热区流过电流而发热。 [0047] 进一步地，参阅图1和图2，所述支撑杆1包括中间管，以及对称设置于中间管两侧的支撑翼110，所述放电刺2安装在支撑翼110上，并且呈相交错设置。在本实施例中，所述支撑杆1由两个对称设置的半管板11电焊或铆接而成，各半管板11的两端均设有支撑翼110。 [0048] 本发明一种自发热不沾灰放电电极的制备方法，包括以下步骤： [0049] S1.制作放电刺2： [0050] S1.1制作不沾灰区22形成不沾灰区22薄片，包括以下步骤： [0051] f.选材和喷砂工序：选取厚度为0.1‑0.12mm的不锈钢板材，并预设形状以降低废料量；将磨料喷向不锈钢板材本体表面，使不锈钢板材表面形成微米级的粗糙面 [0052] g.表面处理：对不锈钢板板材进行表面处理，形成纳米级粗糙的多孔结构的氧化膜； [0053] h.打磨工序：对不锈钢板板材表面进行机械抛光； [0054] i.硬化工序：先在600～650℃下热处理3～6小时，表面硬度达到HV500～1000，然后在450～600℃下热处理5～10小时，形成硬度为HV500～800，厚度为6～15微米的表面硬化层。 [0055] j.氧化工序：进行氧化处理，粗糙面上形成纳米级的氧化膜。 [0056] S1.2制作自发热区21形成自发热区21薄片：将金属纤维和碳纤维制作成厚度为0.35‑0.65mm的金属薄片，并预设形状以降低废料量。 [0057] S1.3压制成型：将步骤S1.2制得的自发热区21薄片置于两个步骤S1.1制得的不沾灰区22薄片之间(按图4所示拼成3层)，层与层之间采用金属胶水粘接，在压型机上通过设定一定的凹陷而压制成一体，形成放电刺2的三层复合结构。 [0058] S1.4制作电晕放电区23：将钨与稀土金属氧化物复合材料高温熔化，可通过机械自动设备黏附到放电刺2尖端放电点位置，待固化到一定程度(通过温度控制)，再通过机械压制设备将复合材料压出尖端，形成电晕放电区23。 [0059] S2.制作支撑杆1： [0060] 将基材为SPCC的0.7‑0.8mm厚的板材通过压型机压型成半管板，将两个半管板对称拼接成一个圆管，并通过两头连接处激光焊接或压制拼接而成一体。 [0061] S3.制作放电电极： [0062] 将步骤S1制作的放电刺2通过激光焊接到步骤S2制作的支撑杆1上，焊接点位左右平齐的2点。 [0063] 由于制作放电刺的体积小重量轻，批量工业化生产效率高，因此，具有精度高、制作成本低的优点。为降低成本，本发明中的支撑杆不设置自发热区，只在放电刺设置自发热区，制作时只需将放电刺压制成型，加工量小，可批量生产，再将放电刺焊接到支撑杆上。 [0064] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。 |
||||||
