[发明专利]用于湿式静电除尘器的耐侵蚀的导电性复合材料集尘电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于湿式静电除尘器(WESP)应用的导电性复合材料。

背景技术

湿式静电除尘器用于借助静电手段从水汽饱和空气及其他气体中去除灰尘、酸雾和其它微粒已经很多年了。在湿式静电除尘器(WESP)中，载有微粒和/或烟雾(mist)的水汽饱和空气流入除尘器内放电电极(discharge electrode)和集尘电极(collecting electrode)之间的区域，在此高压放电电极发出的电晕使微粒和/或烟雾带电。当水汽饱和气体在湿式静电除尘器内继续流动时，带电的颗粒物质和/或烟雾被静电吸引到接地的集尘板或集尘电极上，并收集于此。通过水膜冲洗和定期冲刷来连续洗刷掉所积聚的物质。

湿式静电除尘器被用于去除各种工业源，例如焚烧炉、木制品制造设备、炼焦炉、玻璃熔炉、有色金属冶炼装置、燃煤发电设备、林产品设备、食物干燥设备和石油化工设备，所排出的气流中的污染物质。

传统上，静电除尘器暴露于工艺气流的收集表面及其它部分由碳钢、不锈钢、耐腐蚀且耐热的合金和铅制成。然而，这类材料随着时间的推移趋向于受到腐蚀和/或劣化，尤其是当除尘器用于严苛的环境中时。碳和不锈钢在强酸条件下趋向于受到腐蚀或侵蚀。由于发火花区域的强腐蚀性条件及局部高温，强化热塑性材料趋向于受到侵蚀和/或分层。

已用于制造收集表面的其它方法包括使用塑性材料；然而，这些材料依赖连续的水膜来确保设备的电接地，这已证明是一个问题。PVC，聚丙烯及其他类似材料已被使用，但是由于这些材料存在孔穴以及飞弧(flashover)引起的着火问题，因此并没有被广泛使用。

在已转让给本申请人并在此通过引用并入的公开号为WO2008/154735和WO2010/108256的PCT申请中描述了在湿式静电除尘器所用部件的制造中使用的具有良好散热性的导电、耐腐蚀、耐热且防火花的复合材料。这类材料通常包含具有呈交联结构的热固性树脂的碳纤维。

如其中所述，本文所用的导电性复合材料是设计用于高度腐蚀性操作条件，包括具有升高的温度的干燥和饱和烟雾环境，的导电性复合材料。该复合材料是开发用于湿式静电除尘的碳纤维与热固性树脂的掺合物，其中这类材料要经受电晕电压飞弧、火花、侵蚀、腐蚀以及电弧。

特别地，该复合材料包含位于热固性树脂中的碳纤维，其中极强的分子结构单元(building block)形成彼此结合的完全交联的结构并充当互连结构(interconnects)。已证明在静电除尘器的管道中启动电晕之后，所得网络能够耐受高压电流，在不使该导电性杂化(hybrid)复合材料产生点蚀(pitting)的情况下就能获得电压飞弧。在大约60到95KV的电压和高达500到1000毫安的条件下持续大约1毫秒的时间可产生这种火花抗性和飞弧(arc-over)。该复合材料还可耐受持续时间长达4到5秒的持续电弧放电(arcing)。这些特性对于使腐蚀最小化、以及限制高强度热生成和防止该导电性杂化复合材料的结构、力学或化学变化而言是非常期望的。

织造成无缝双轴材料套筒的碳纤维在热固性树脂内形成了提供导电性和散热性的致密网络。

强力的分子结构单元形成了彼此连接的完全交联的结构，并充当贯穿层合体的厚度形成缝合(stitched)的互连结构，产生三维网络。碳纤维被织造成无缝双轴和三轴材料。这种布置提供了贯穿层合体的优异的导电性和优良的散热性。

除了导电性和优良的耐腐蚀性之外，该导电性杂化复合材料作为构造材料还具有更多的优点：由于碳纤维重量轻并且强度高的性质，降低了一半以上的静负荷重量，这在安装前带来了经济效益，对于采用不锈钢甚至更高级的钛制造的管束尤其有利。

所述复合物可通过织造、缝合、利用频率振动进行排列来制备，同时可通过已知为真空注入、拉挤成型、纤维缠绕和高压灭菌的现有技术方法，将该材料制成管状和片状。

通过对现有技术中不能耐受高达100,000伏的电晕电压飞弧和电弧的热固性树脂和碳玻璃纤维组合物进行改进，所述导电性复合材料克服了在强腐蚀性环境、饱和烟雾以及升高的温度下影响不锈钢、合金和钛的腐蚀问题。

发明内容

已经发现可通过控制碳纤维的织造图案和织物厚度来控制由这类导电、耐腐蚀、耐热且防火花的材料制成的湿式静电除尘器集尘电极的侵蚀方向和密度。鉴于此，越紧密的织纹(weave)将在集尘电极中产生越大密度的侵蚀线(erosion lines)，而越厚的碳纤维织物产生具有越少转弯和分支的侵蚀线路。