无电晕式高温高压静电除尘器阴极电发射特性的试验研究.pdf

第20卷第3期动力工程Vol.20No.3
·714·2000年6月POWERENGINEERINGJune2000
·环保技术·
文章编号:100026761(2000)03203
无电晕式高温高压静电除尘器阴极电
发射特性的试验研究

杨亚平,黄蕙芬,魏启东,顾中铸,刘孝国
(东南大学热能工程研究所,南京210018)

摘要:在不同的温度、压力、电压条件下,对所开发的阴极材料进行了电发射特性的试验研究。研究结果表
明:温度、压力、电压对发射电流均有不同程度的影响。在高温(>800℃)条件下,由阴极材料热发射所获得的
电流密度比采用常规电晕方式所得到的电流密度至少高2个数量级。发射极具有良好的稳定性,可在高温高
压条件下长期使用。图4参2
主题词:阴极;除尘器;电晕;高温;高压;发射电流
中图分类号:TK223.27文献标识码:A

射温度,可作工程中使用的发射材料,除了电离电
0引言
位要低以外,还必须具有高温热稳定性能和价格
由东南大学首推的无电晕式静电除尘器[1]与低等优点。
目前普遍应用的电晕式静电除尘器的不同之处是
2试验结果与分析
电极放电方式,后者是应用电晕放电原理,工作电
压很高(35kV～70kV之间);而前者直接利用高在高温高压烟气环境下,阴极板如何稳定地
温烟气中的热能激发阴极材料中的电子,使粉尘发射电子是除尘系统的关键技术之一。为此,我们
荷电在热发射过程中仅辅以较低的电极电压在一系列不同的温度、压力和电压条件下,对所研
(3kV)即可获得比常规电晕放电方式高出几个数制的阴极材料进行了大量的电发射性能试验研
量级的电流密度,从而使得电晕式静电除尘器在究。现将试验结果分述如下:
高温条件下应用中遇到的电晕线断线、电击穿和2.1不同条件下的阴极伏安特性
电绝缘等难题变得容易解决。在这种新型电除尘图1(a)和(b)分别给出了在给定压力、不同
器中要控制的关键技术是阴极材料的热发射性温度条件下,阴极发射电流密度与极间所施加的
能,本文介绍了我们的最新研究成果。电压之间的关系。由图可见:
(1)在任何温度、压力下,阴极板的发射电流
1工作原理
密度与所施加的电压成正相关关系,这与电晕式
无电晕式高温高压静电除尘的原理是利用逸静电除尘器的伏安特性安全一致。
出功较低的材料,在高温条件下稳定地发射电子,(2)电压、温度恒定时,压力越大,发射电流
使粉尘荷电,然后使其在强电场下被捕集。根据分密度越小。这说明环境压力增加,阴极板的电发射
子热物理理论,某些物质在高温条件下具有一定能力下降。
程度的热发射性,但只有当温度达到临界温度时,(3)电压、压力恒定时,温度越高,发射电流
才能大量地发射电子。不同的物质具有不同的发密度越大。在较低的温度(≤700℃)下,发射电流

收稿日期:1999205215密度很低,此时其伏安特性与一般静电除尘器的
基金项目:国家自然科学基金资助伏安特性几乎没有区别;当温度达到850℃时,发
作者简介:杨亚平(1952～),男,副教授。长期从事热能工
程学科的研究工作,重点研究电厂热能动力装置的节能、射的电流密度急剧增加,表明此时阴极板发射出
环保新技术的开发。了大量的电子,亦即阴极板的热发射临界温度低
第3期动力工程·715·

图1不同条件下的阴极伏安特性曲线
于850℃。在低电压水平下运行。从而使得高温、高压环境下
(4)在较高的温度(850℃)下,只需施加较低的电绝缘问题变得容易解决。
的电压(<3000V),即可获得较高的发射电流密2.2阴极发射电流密度随温度的变化规律
度(>20LAöcm2)。因此,无电晕式静电除尘器可由图2可看出,在低温下发射电流密度随温

图2发射电流密度随温度的变化规律
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度的上升而增大的速率较慢;而当温度超过2.3阴极发射电流密度随压力的变化规律
700℃时,温度增加,发射电流密度急剧上升,表明由图3可以看出:
该阴极板的临界发射温度为700℃以上。

图3发射电流密度随压力的变化规律
(1)在环境压力较高时,发射电流密度随压
力增加而急速下降;而随着压力的增加,发射电流
密度降低的速率越来越慢。
(2)与低温时相比,在高温状态下,压力对发
射电流密度的影响比较显著。这是因为在低温条
件下,材料的热发射作用是微不足道的。
2.4阴极发射电流密度随时间的变化规律
图4反映了在850℃、0.6MPa的高温、高压
环境下,阴极材料电发射性能随时间的变化情况。
由图可见:在使用初期,阴极板的发射电流密度随
时间衰减很快,但经过一段时间以后,下降速率减
少,直至趋于稳定。这主要是由于在高温高压气流
图发射电流密度随时间的变化曲线
中,材料会产生一定程度的老化。同时,阴极材料4
与气流中的某些成份在高温高压条件下难免会产(2)即