专利名称：热电复合激发式高温烟气静电处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种集烟气的气固分离(或除尘)兼气体调质、预处理多种功能为一体的烟气处理装置。
技术背景目前，对含粉尘、硫氧化物、氮氧化物等有害成分的烟气静电处理技术有静电除尘技术、电子束照射脱硫脱硝技术、脉冲电晕等离子体脱硫脱硝技术以及荷电干式吸收剂 喷射脱硫技术等；这些技术均是基于高电压或大功率的电カ能量基础之上，以此来促使实现粉尘荷电后被捕集、吸收剂荷电后高效化学反应、气体离解活化或催化氧化后形态重整被因势转化的。因此，这些技术除了自身电耗较高之外，且因其技术实现过程中多数伴有电晕现象产生，使其在高温场合(500 600°C以上)的应用十分困难；因为高温下气体密度很小，在高电压下易于产生电晕击穿，造成电场的不稳定，致使设备工作失常。
发明内容将ー种以高温热能为主、低压电能为辅的复合激发作用施加于某些低逸出功发射阴极之上，促使其材料内部电子突破表面势垒而逸出，并在高温电场驱动下实现定向移动和空间碰撞；以达到促使烟气之中粉尘荷电后被电场カ捕集、固体脱硫吸收剂荷电后能高效化学反应的目的；也可促使高温烟气之中的o2、N2、水蒸汽等发生辐射反应，生成大量的离子、自由基、原子和各种激发态的原子、分子等活性物质，并由它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2;还可促使CO2气体离解成CO和O;通过对这些气体调质和预处理，达到使其有利用于进一歩的化合转化、深度反应以及回收再利用的目的。基于以上技术原理的高温烟气处理方法，被在ー个可应用于高温环境下的特定装置中实现，此即本实用新型的内容。本实用新型采用的技术方案ー种热电复合激发式高温烟气静电处理装置，包括壳体，在所述的壳体前端设置有烟气进ロ，在所述的的壳体后端设置有烟气出ロ，在所述的壳体下端设置有粉尘出口，其特征在于在所述的静电处理装置内还设置有发射极板以及收尘极板，在所述的发射极板与收尘极所述的收尘极板设置在壳体内表面，所述的沉降区电极设置在壳体内中部，所述收集电场两电极间的电压为1500伏 3000伏。在所述的静电处理装置内还设置有ー沉降区极板，该沉降区极板设置在发射极板的后端，沉降区极板与所述的收尘极板之间也形成所述的收集电场，所述的发射极板与沉降区极板连接在同一电源上，所述的收集电场两电极间的电压为3000伏 6000伏。有效效果I.实现了高温环境中烟气静电处理技术的应用目前电晕式静电除尘器、金属电袋除尘器等烟气处理技术的最高工作温度一般在400 600°C之下。温度再高上去因气体密度变小而极易使电晕场发生击穿现象，致使静电除尘器工作无法稳定。[0010]而本实用新型使用的是基于材料电子热发射的静电处理技术，在工作期间它始終没有电晕产生，因而也不存在电晕击穿的风险。但是，首先它须以低逸出功材料作发射扱，其次应用环境须有800°c以上的高温热源，以此作为激发发射极板内部自由电子突破其材料表面势垒的主要能量，试验结果表明该技术可以应用在800°C乃至1000°C以上环境，而且性能十分稳定；这是静电技术在高温烟气处理领域应用方面的重大突破。2.高温静电烟气处理器的电子发 射強度大，可使其装置体积和钢耗远小于电晕式静电除尘器本实用新型装置的收尘极板电流密度为500毫安/平方米，它比目前常见电晕式静电除尘器收尘极板电流密度高3至4个数量级。这样，若在同样除尘任务要求下，其无论是发射极数量还是收尘极面积相比较电晕式静电除尘器而言就要求的更少，因此可以大大缩小除尘装置体积并減少装置的钢耗水平。3.高温静电除尘的实现既可降低多种工程技术的エ艺难度，又可有效降低生产能耗以冶金、火力发电等生产为例，其含尘烟气静电除尘均是在500°C (多数在250°C )以下条件才得以进行的；其结果是在火力发电厂锅炉里1000°C 250°C区段布置的大面积各类换热器被高速流动的高浓度含灰烟气污染和冲刷磨损，导致换热器传热效率下降、换热表面磨损严重，生产效率和设备可靠性均受到影响。在冶金炉中高温烟气常常须依靠喷水降温后再使用电カ除尘器除尘，从而造成水资源和高温热能的极大浪费。同时也使得这些行业的生产エ艺复杂化。本实用新型将烟气除尘エ艺前移至上游800°C以上高温段，这样就可以规避上述问题。4.以高温能量代替高压电能，既降低了装置能耗又提高装置可靠性本实用新型主要是利用须进行烟气处理的生产过程中高温烟气自身具有的高位热能代替常规静电除尘器使用的高电压电能激发材料内部电子，并以S 6KV的极低水平电压(常规静电除尘器电压水平为35KV 70KV)作为建立捕集电场作用；这样的技术一方面能够很好地利用高温烟气能量，降低装置电能消耗；另ー方面可以降低整个装置用电电压水平，从而降低了在高温高电压条件下电绝缘材料所面临的双重应用极限的难度，使得装置可靠性得以提闻。5.高温静电烟气处理器的使用可以提高烟气脱硫剂的使用效果在高温烟气脱硫エ艺里一般是采用石灰石、白云石等钙基吸收剂对烟气中的ニ氧化硫进行脱除的，如使含钙基吸收剂的烟气通过本高温静电烟气处理器，吸收剂则可得到了大量的静电荷(通常是负电荷)，其后又因吸收剂颗粒都帯同种电荷，因而相互排斥，能够得以在烟气中迅速扩散、均匀悬浮，使每个吸收剂颗粒的表面都充分暴露在烟气中，其与ニ氧化硫的反应机会大大增加，从而提高了烟气脱硫效率和缩短了ニ氧化硫被脱除的时间。6.高温静电烟气处理器的使用可以对部分烟气进行有效调质并促进其进ー步被转化的效果高温烟气之中的o2、N2、水蒸汽等经过本高温静电烟气处理器吋，将发生辐射反应，生成大量的离子、自由基、原子和各种激发态的原子、分子等活性物质，并由它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2,这些气体被调质后形态重整，活性增加，一方面极有利用其进入下游恰当エ艺环境时采用喷氨等方法，促使其转化为硫酸氨和硝酸氨加以回收利用，从而实现烟气的无害化处理。此时的高温静电烟气处理器则是该无害化生产エ艺中烟气预处理的重要环节上的关键设备。另ー方面烟气调质生成的SO3,体可以降低高温烟气中的粉尘比电阻，有利于提高装置本身气固分离(或除尘)的效率。
图I是双区自激式电子辐射高温烟气处理器示意图。图2是图I的俯视图。图3单区自激式电子辐射高温烟气处理器示意图。图4是图3的俯视图。其中1、壳体，2、发射极板，3、收尘极板，4、直流电源，5、灰斗6、沉降区极板。
具体实施方式
下面以图I和图3为例对本实用新型作进ー步说明 图I是双区自激式电子辐射高温烟气处理器示意图，如图所示，它包括发射极板、沉降区极板以及收尘极板，在发射极板与收尘极板之间形成第一个收尘区，在沉降区极板与收尘极板之前形成第二收尘区，所以在本领域称为双区，图3则是单区。800°C以上高温含尘含有害气体的烟气进入本装置之后，首先由高温烟气自身具备的高位热能加热采用低逸出功材料制作的特殊发射极板2，致使发射极板2材料内部电子高度活化，并突破该材料表面势垒的束服而逸出成为自由电子。发射阴极2以板电流密度为每平方米500毫安的高强度发射水平，使得大量自由电子在图I所示双级装置和图2所示单级装置的全域空间里，与粉尘或有害气体分子、烟气中的O2、N2、水蒸汽等碰撞、，致使它们荷电或改变状态.同吋，通过直流电源4在图I荷电区发射极板2、沉降区极板6与收尘极板3之间均施加(范围)含3000伏电压，一般最低为1500伏，或者在图2发射极板2与收尘极板3之间施加3000伏 6000伏的电压，形成电场势促使自由电子做定向移动或空间碰撞.上述各项作用可致使高温烟气中呈固态的颗粒物(如粉尘、碳灰、脱硫剂等)荷电(一般表现为负电性)，并电场极性导引下流向图中收尘极板3，最終被电カ捕集并坠落灰斗5后，可浄化排除或回收再利用。同吋，大量自由电子在装置空间移动过程中，也可以与高温烟气中呈气态的02、N2、水蒸汽等相遇，并发生辐射反应，生成大量的离子、自由基、原子和各种激发态的原子、分子等活性物质，并由它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和N02。而高温烟气中通常高浓度存在的C02气体与大量自由电子之间在电场カ的作用下通过简接过程则离解为CO和O；这些气体被调质或预处理之后形态重整、活性倍増，使其在流向下游其它エ序时已具备良好的化合转化、深度反应和回收再利用的条件；从而以此达到对高温烟气做好定向预处理的目的。由此可见，本实用新型通过采用制成的发射阴极、常规耐热钢为阳极组成的静电处理器，借助高温烟气具备的高品位热能和低压电场能量，不仅可以实现热电复合激发材料内部电子高强度发射的目的，而且具有捕集烟气中带电固体颗粒、调整烟气组分特性以及引导有害气体定向转化等多项处理功能。
权利要求1.ー种热电复合激发式高温烟气静电处理装置，包括壳体，在所述的壳体前端设置有烟气进ロ，在所述的的壳体后端设置有烟气出ロ，在所述的壳体下端设置有粉尘出口，其特征在于在所述的静电处理装置内还设置有发射极板以及收尘极板，在所述的发射极板与收尘极板之间形成收集电场。
2.根据权利要求I所述的热电复合激发式高温烟气静电处理装置，其特征在于所述的收尘极板设置在壳体内表面，所述的沉降区电极设置在壳体内中部，所述收集电场两电极间的电压为1500伏 3000伏。
3.根据权利要求I所述的热电复合激发式高温烟气静电处理装置，其特征在于在所述的静电处理装置内还设置有ー沉降区极板，该沉降区极板设置在发射极板的后端，沉降区极板与所述的收尘极板之间也形成所述的收集电场，所述的发射极板与沉降区极板连接在同一电源上，所述的收集电场两电极间的电压为3000伏 6000伏。
专利摘要本实用新型公开了一种热电复合激发式高温烟气静电处理装置，包括壳体，在壳体前端设置有烟气进口，在所述的的壳体后端设置有烟气出口，在所述的壳体下端设置有粉尘出口，在所述的静电处理装置内还设置有发射极板以及收尘极板，在所述的发射极板与收尘极板之间形成收集电场。本实用新型使用的是基于材料电子热发射的静电处理技术，在工作期间它始终没有电晕产生，因而也不存在电晕击穿的风险。首先它以低逸出功材料作发射极,其次应用环境须有800℃以上的高温热源,以此作为激发发射极板内部自由电子突破其材料表面势垒的主要能量，试验结果表明该技术可以应用在800℃乃至1000℃以上环境,而且性能十分稳定；这是静电技术在高温烟气处理领域应用方面的重大突破。
文档编号B03C3/66GK202447200SQ20112056566
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杨亚平 申请人:东南大学