[发明专利]碳纤维复合物放电电极

说明书

背景技术

充电电极(带电电极，charging electrode)是用于静电除尘器(ESP)的关键部件，所述静电除尘器(ESP)是用于从气流如来自烧煤的发电厂的流股中收集粒子的装置。在Pasic等人的美国专利第6,231,643号以及在2008年8月14日公开的美国专利申请公开第US2008/0190296号中示出了这种装置的实例，通过参考将其两者并入到本文中。

最基本的ESP包含一排线及在其后面的间隔的、平面金属板的堆。高压电源将电子从板传递到线，从而相对于收集板，在所述线上产生数千伏的负电荷。在典型的ESP中，收集板是接地的，但是可以将极性反转。

气体流过线之间的空间，然后通过所述排的板。通过充电电极将气体离子化，从而形成电晕。当通过离子化的气体携带粒子时，它们变得带负电。当带电的粒子移动通过接地的收集板时，强引力导致将粒子拉向板，直至存在碰撞。一旦粒子接触接地板，则它们放出电子，由此充当收集器的一部分。自动“敲击(振动，rapping)”系统和料斗排空装置在使用ESP的同时除去收集的颗粒物质，由此使得ESP可以保持长时间周期运行。

ESP已经随着放电电极的开发而逐步发展，所述放电电极如连接许多锐钉从而使电晕产生最大化的刚性放电电极。如果电晕更强且覆盖大部分流动区域使得粒子不能在带电区域附近流动且避免带电(这被称为“漏气(旁路窜气，sneakage)”)，则ESP表现得更好。

常规的放电电极支持在典型地包含支持体棒的金属结构上。所述棒是导电的，以便于将各个钉点(spike point)与电源电连接。通常，认为必需具有能够承受因收集基板和放电电极之间的火花放电而经常流动的电流的金属钉。放电电极的锐钉还典型地由昂贵的合金(例如HASTELLOY牌合金)制成以避免或减轻在使用这种电极的严酷环境中的腐蚀。包含棒的整个放电电极通常由合金制成，从而导致电极昂贵且笨重，由此需要强的支持结构。

聚合物便宜、轻且耐腐蚀，但是它们不导电且它们具有差的拉伸/弯曲强度。即使导电复合物也具有比金属小得多的电导率。因此，存在对于下述放电电极的需求，其轻质且便宜，但是仍然具有充分的电流和粒子收集效率。

发明内容

本发明是使用碳纤维、纳米纤维和纳米管以产生电晕放电的充电电极的新设计。技术目标是制造耐腐蚀的低成本电极。本发明包括具有和不具有聚合物基质而形成复合物的碳纤维电极。复合物比金属轻得多-从而也减轻了电极的重量。复合物具有高强度且可用于制造高耐久性和长运行寿命的电极。

所述技术在来自锅炉废气、ESP(特别是湿ESP)和空气净化器的污染控制中具有强烈的潜在应用。在使用电极的各种制造工艺中，复合材料越来越成为流行。ESP广泛用于从烧煤的发电厂的堆中除去颗粒物质。所述技术能够因电极的高强度和耐腐蚀性能而帮助提供节约成本。

与其他商购可获得的充电电极相比，本发明具有几个优势，包括：提高了电极的充电特性；因使用便宜、更轻的材料和更简单的设计而降低了电极的成本；降低了全部设备的成本，因为消除或减少了任何支持结构的成本。此外，根据需要和其运行条件，电极的组成和物理构造的变化是可行的，且因改进了气流模式而提高了收集效率。在会不利地影响金属电极的环境中提高了耐腐蚀性。

根据本发明已制造了不同设计的电极并在一组不同的条件下对其进行试验以确定它们的性能。进行试验以确定电极的电压-电流(V-I)特性和收集效率。观察到，与昂贵的不锈钢电极相比，使用碳纤维作为电晕放电来源的电极在不同的电压水平下提高了电晕电流。

附图说明

图1是示出用于试验A的三个电极的侧视图。左边的电极是在聚合物支持棒上包裹的碳粗纱(carbon roving)(A2)，“飞镖电极(ninja star electrode)”(A1)在中间，且右边的电极(A3)具有在聚合物基质中具有碳粗纱和碳纳米纤维(CNF)的复合带。

图2是示出用于试验A中的电极试验的16英尺高的室的侧视图。

图3是示出在具有和不具有灰尘流的情况下，来自利用三个电极的试验A的V-I试验的结果的表。

图4是示出试验B中试验的电极的透视图，所述电极包括环绕支持棒包裹的碳粗纱(B1)；四个沿支持棒拉伸的具有玻璃纤维和CNF的复合带(B2)；以及环绕棒包裹的碳纳米纤维布(碳纳米纤维织物，carbon nanofiber fabric)(B3)。将这些与类似于A1电极的飞镖电极进行比较。

图5是示出用于试验组B的电极试验室的侧视透视图。