熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置的製作方法

2023-10-08 21:13:39

專利名稱：熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種集煙氣的氣固分離(或除塵)兼氣體調質、預處理多種功能為一體的煙氣處理裝置。
背景技術：
目前，對含粉塵、硫氧化物、氮氧化物等有害成分的煙氣靜電處理技術有靜電除塵技術、電子束照射脫硫脫硝技術、脈衝電暈等離子體脫硫脫硝技術以及荷電乾式吸收劑噴射脫硫技術等；這些技術均是基於高電壓或大功率的電力能量基礎之上，以此來促使實現粉塵荷電後被捕集、吸收劑荷電後高效化學反應、氣體離解活化或催化氧化後形態重整被因勢轉化的。因此，這些技術除了自身電耗較高之外，且因其技術實現過程中多數伴有電暈現象產生，使其在高溫場合(500 600°C以上)的應用十分困難；因為高溫下氣體密度很小，在高電壓下易於產生電暈擊穿，造成電場的不穩定，致使設備工作失常。

發明內容
將一種以高溫熱能為主、低壓電能為輔的複合激發作用施加於某些低逸出功發射陰極之上，促使其材料內部電子突破表面勢壘而逸出，並在高溫電場驅動下實現定向移動和空間碰撞；以達到促使煙氣之中粉塵荷電後被電場力捕集、固體脫硫吸收劑荷電後能高效化學反應的目的；也可促使高溫煙氣之中的02、N2、水蒸汽等發生輻射反應，生成大量的離子、自由基、原子和各種激發態的原子、分子等活性物質，並由它們將煙氣中的S02和NOX 氧化為S03和N02;還可促使C02氣體離解成CO和O;通過對這些氣體調質和預處理，達到使其有利用於進一步的化合轉化、深度反應以及回收再利用的目的。基於以上技術原理的高溫煙氣處理方法，被在一個可應用於高溫環境下的特定裝置中實現，此即本發明的內容。本發明採用的技術方案
一種熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置，包括殼體，在所述的殼體前端設置有煙氣進口，在所述的的殼體後端設置有煙氣出口，在所述的殼體下端設置有粉塵出口，其特徵在於在所述的靜電處理裝置內還設置有發射極板以及收塵極板，在所述的發射極板與收塵極所述的收塵極板設置在殼體內表面，所述的沉降區電極設置在殼體內中部，所述收集電場兩電極間的電壓為1500伏 3000伏。在所述的靜電處理裝置內還設置有一沉降區極板，該沉降區極板設置在發射極板的後端，沉降區極板與所述的收塵極板之間也形成所述的收集電場，所述的發射極板與沉降區極板連接在同一電源上，所述的收集電場兩電極間的電壓為3000伏 6000伏。有效效果
I.實現了高溫環境中煙氣靜電處理技術的應用目前電暈式靜電除塵器、金屬電袋除塵器等煙氣處理技術的最高工作溫度一般在400 600°C之下。溫度再高上去因氣體密度變小而極易使電暈場發生擊穿現象，致使靜電除塵器工作無法穩定。而本發明使用的是基於材料電子熱發射的靜電處理技術，在工作期間它始終沒有電暈產生，因而也不存在電暈擊穿的風險。但是，首先它須以低逸出功材料作發射極，其次應用環境須有800°C以上的高溫熱源，以此作為激發發射極板內部自由電子突破其材料表面勢壘的主要能量，試驗結果表明該技術可以應用在800°C乃至1000°C以上環境，而且性能十分穩定；這是靜電技術在高溫煙氣處理領域應用方面的重大突破。2.高溫靜電煙氣處理器的電子發射強度大，可使其裝置體積和鋼耗遠小於電暈式靜電除塵器本發明裝置的收塵極板電流密度為500毫安/平方米，它比目前常見電暈式靜電除塵器收塵極板電流密度高3至4個數量級。這樣，若在同樣除塵任務要求下，其無論是發射極數量還是收塵極面積相比較電暈式靜電除塵器而言就要求的更少，因此可以大大縮小除塵裝置體積並減少裝置的鋼耗水平。3.高溫靜電除塵的實現既可降低多種工程技術的工藝難度，又可有效降低生產能耗以冶金、火力發電等生產為例，其含塵煙氣靜電除塵均是在500°C (多數在250°C ) 以下條件才得以進行的；其結果是在火力發電廠鍋爐裡1000°C 250°C區段布置的大面積各類換熱器被高速流動的高濃度含灰煙氣汙染和衝刷磨損，導致換熱器傳熱效率下降、換熱表面磨損嚴重，生產效率和設備可靠性均受到影響。在冶金爐中高溫煙氣常常須依靠噴水降溫後再使用電力除塵器除塵，從而造成水資源和高溫熱能的極大浪費。同時也使得這些行業的生產工藝複雜化。本發明將煙氣除塵工藝前移至上遊800°C以上高溫段，這樣就可以規避上述問題。4.以高溫能量代替高壓電能，既降低了裝置能耗又提高裝置可靠性本發明主要是利用須進行煙氣處理的生產過程中高溫煙氣自身具有的高位熱能代替常規靜電除塵器使用的高電壓電能激發材料內部電子，並以S 6KV的極低水平電壓(常規靜電除塵器電壓水平為35KV 70KV)作為建立捕集電場作用；這樣的技術一方面能夠很好地利用高溫煙氣能量，降低裝置電能消耗；另一方面可以降低整個裝置用電電壓水平，從而降低了在高溫高電壓條件下電絕緣材料所面臨的雙重應用極限的難度，使得裝置可靠性得以提高。5.高溫靜電煙氣處理器的使用可以提高煙氣脫硫劑的使用效果在高溫煙氣脫硫工藝裡一般是採用石灰石、白雲石等鈣基吸收劑對煙氣中的二氧化硫進行脫除的，如使含鈣基吸收劑的煙氣通過本高溫靜電煙氣處理器，吸收劑則可得到了大量的靜電荷(通常是負電荷)，其後又因吸收劑顆粒都帶同種電荷，因而相互排斥，能夠得以在煙氣中迅速擴散、均勻懸浮，使每個吸收劑顆粒的表面都充分暴露在煙氣中，其與二氧化硫的反應機會大大增加，從而提高了煙氣脫硫效率和縮短了二氧化硫被脫除的時間。6.高溫靜電煙氣處理器的使用可以對部分煙氣進行有效調質並促進其進一步被轉化的效果高溫煙氣之中的02、N2、水蒸汽等經過本高溫靜電煙氣處理器時，將發生輻射反應，生成大量的離子、自由基、原子和各種激發態的原子、分子等活性物質，並由它們將煙氣中的S02和NOX氧化為S03和N02，這些氣體被調質後形態重整，活性增加，一方面極有利用其進入下遊恰當工藝環境時採用噴氨等方法，促使其轉化為硫酸氨和硝酸氨加以回收利用，從而實現煙氣的無害化處理。此時的高溫靜電煙氣處理器則是該無害化生產工藝中煙氣預處理的重要環節上的關鍵設備。另一方面煙氣調質生成的S03氣體可以降低高溫煙氣中的粉塵比電阻，有利於提高裝置本身氣固分離(或除塵)的效率。


圖I是雙區自激式電子輻射高溫煙氣處理器示意圖。
圖2是圖I的俯視圖。圖3單區自激式電子輻射高溫煙氣處理器示意圖。
圖4是圖3的俯視圖。
其中1、殼體，2、發射極板，3、收塵極板，4、直流電源，5、灰鬥6、沉降區極板。
具體實施例方式下面以圖I和圖3為例對本發明作進一步說明
圖I是雙區自激式電子輻射高溫煙氣處理器示意圖，如圖所示，它包括發射極板、沉降區極板以及收塵極板，在發射極板與收塵極板之間形成第一個收塵區，在沉降區極板與收塵極板之前形成第二收塵區，所以在本領域稱為雙區，圖2則是單區。800°C以上高溫含塵含有害氣體的煙氣進入本裝置之後，首先由高溫煙氣自身具備的高位熱能加熱採用低逸出功材料製作的特殊發射極板2，致使發射極板2材料內部電子高度活化，並突破該材料表面勢壘的束服而逸出成為自由電子。發射陰極2以板電流密度為每平方米500毫安的高強度發射水平，使得大量自由電子在圖I所示雙級裝置和圖2所示單級裝置的全域空間裡，與粉塵或有害氣體分子、煙氣中的02、N2、水蒸汽等碰撞、，致使它們荷電或改變狀態.
同時，通過直流電源4在圖I荷電區發射極板2、沉降區極板6與收塵極板3之間均施加(範圍)含3000伏電壓，一般最低為1500伏，或者在圖2發射極板2與收塵極板3之間施加3000伏 6000伏的電壓，形成電場勢促使自由電子做定向移動或空間碰撞.
上述各項作用可致使高溫煙氣中呈固態的顆粒物(如粉塵、碳灰、脫硫劑等)荷電(一般表現為負電性)，並電場極性導引下流向圖中收塵極板3，最終被電力捕集並墜落灰鬥5 後，可淨化排除或回收再利用。同時，大量自由電子在裝置空間移動過程中，也可以與高溫煙氣中呈氣態的02、 N2、水蒸汽等相遇，並發生輻射反應，生成大量的離子、自由基、原子和各種激發態的原子、分子等活性物質，並由它們將煙氣中的S02和NOX氧化為S03和N02。而高溫煙氣中通常高濃度存在的C02氣體與大量自由電子之間在電場力的作用下通過簡接過程則離解為CO和O;這些氣體被調質或預處理之後形態重整、活性倍增，使其在流向下遊其它工序時已具備良好的化合轉化、深度反應和回收再利用的條件；從而以此達到對高溫煙氣做好定向預處理的目的。由此可見，本發明通過採用製成的發射陰極、常規耐熱鋼為陽極組成的靜電處理器，藉助高溫煙氣具備的高品位熱能和低壓電場能量，不僅可以實現熱電複合激發材料內部電子高強度發射的目的，而且具有捕集煙氣中帶電固體顆粒、調整煙氣組分特性以及引導有害氣體定向轉化等多項處理功能。
權利要求
1.一種熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置，包括殼體，在所述的殼體前端設置有煙氣進口，在所述的的殼體後端設置有煙氣出口，在所述的殼體下端設置有粉塵出口，其特徵在於在所述的靜電處理裝置內還設置有發射極板以及收塵極板，在所述的發射極板與收塵極板之間形成收集電場。
2.根據權利要求I所述的熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置，其特徵在於所述的收塵極板設置在殼體內表面，所述的沉降區電極設置在殼體內中部，所述收集電場兩電極間的電壓為1500伏 3000伏。
3.根據權利要求I所述的熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置，其特徵在於在所述的靜電處理裝置內還設置有一沉降區極板，該沉降區極板設置在發射極板的後端，沉降區極板與所述的收塵極板之間也形成所述的收集電場，所述的發射極板與沉降區極板連接在同一電源上，所述的收集電場兩電極間的電壓為3000伏 6000伏。
全文摘要
本發明公開了一種熱電複合激髮式高溫煙氣靜電處理裝置，包括殼體，在所述的殼體前端設置有煙氣進口，在所述的的殼體後端設置有煙氣出口，在所述的殼體下端設置有粉塵出口，在所述的靜電處理裝置內還設置有發射極板以及收塵極板，在所述的發射極板與收塵極板之間形成收集電場。本發明使用的是基於材料電子熱發射的靜電處理技術，在工作期間它始終沒有電暈產生，因而也不存在電暈擊穿的風險。首先它以低逸出功材料作發射極,其次應用環境須有800℃以上的高溫熱源,以此作為激發發射極板內部自由電子突破其材料表面勢壘的主要能量，試驗結果表明該技術可以應用在800℃乃至1000℃以上環境,而且性能十分穩定；這是靜電技術在高溫煙氣處理領域應用方面的重大突破。
文檔編號B03C3/34GK102600976SQ20111045304
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者楊亞平 申請人:東南大學