[發明專利]用于濕式靜電除塵器的耐侵蝕的導電性復合材料集塵電極

在審

• 申請號: 201280016175.0
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN103764293A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: P·麥克格拉思
• 申請（專利權）人: 磁力技術渦輪聲波公司
• 主分類號: B03C3/45
• 分類號: B03C3/45;A61L9/16;B01D49/00;B03C3/16;B03C3/47;C08J5/04;C08K7/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙蘇林;楊思捷

技術領域

本發明涉及用于濕式靜電除塵器(WESP)應用的導電性復合材料。

背景技術

濕式靜電除塵器用于借助靜電手段從水汽飽和空氣及其他氣體中去除灰塵、酸霧和其它微粒已經很多年了。在濕式靜電除塵器(WESP)中，載有微粒和/或煙霧(mist)的水汽飽和空氣流入除塵器內放電電極(discharge?electrode)和集塵電極(collecting?electrode)之間的區域，在此高壓放電電極發出的電暈使微粒和/或煙霧帶電。當水汽飽和氣體在濕式靜電除塵器內繼續流動時，帶電的顆粒物質和/或煙霧被靜電吸引到接地的集塵板或集塵電極上，并收集于此。通過水膜沖洗和定期沖刷來連續洗刷掉所積聚的物質。

濕式靜電除塵器被用于去除各種工業源，例如焚燒爐、木制品制造設備、煉焦爐、玻璃熔爐、有色金屬冶煉裝置、燃煤發電設備、林產品設備、食物干燥設備和石油化工設備，所排出的氣流中的污染物質。

傳統上，靜電除塵器暴露于工藝氣流的收集表面及其它部分由碳鋼、不銹鋼、耐腐蝕且耐熱的合金和鉛制成。然而，這類材料隨著時間的推移趨向于受到腐蝕和/或劣化，尤其是當除塵器用于嚴苛的環境中時。碳和不銹鋼在強酸條件下趨向于受到腐蝕或侵蝕。由于發火花區域的強腐蝕性條件及局部高溫，強化熱塑性材料趨向于受到侵蝕和/或分層。

已用于制造收集表面的其它方法包括使用塑性材料；然而，這些材料依賴連續的水膜來確保設備的電接地，這已證明是一個問題。PVC，聚丙烯及其他類似材料已被使用，但是由于這些材料存在孔穴以及飛弧(flashover)引起的著火問題，因此并沒有被廣泛使用。

在已轉讓給本申請人并在此通過引用并入的公開號為WO2008/154735和WO2010/108256的PCT申請中描述了在濕式靜電除塵器所用部件的制造中使用的具有良好散熱性的導電、耐腐蝕、耐熱且防火花的復合材料。這類材料通常包含具有呈交聯結構的熱固性樹脂的碳纖維。

如其中所述，本文所用的導電性復合材料是設計用于高度腐蝕性操作條件，包括具有升高的溫度的干燥和飽和煙霧環境，的導電性復合材料。該復合材料是開發用于濕式靜電除塵的碳纖維與熱固性樹脂的摻合物，其中這類材料要經受電暈電壓飛弧、火花、侵蝕、腐蝕以及電弧。

特別地，該復合材料包含位于熱固性樹脂中的碳纖維，其中極強的分子結構單元(building?block)形成彼此結合的完全交聯的結構并充當互連結構(interconnects)。已證明在靜電除塵器的管道中啟動電暈之后，所得網絡能夠耐受高壓電流，在不使該導電性雜化(hybrid)復合材料產生點蝕(pitting)的情況下就能獲得電壓飛弧。在大約60到95KV的電壓和高達500到1000毫安的條件下持續大約1毫秒的時間可產生這種火花抗性和飛弧(arc-over)。該復合材料還可耐受持續時間長達4到5秒的持續電弧放電(arcing)。這些特性對于使腐蝕最小化、以及限制高強度熱生成和防止該導電性雜化復合材料的結構、力學或化學變化而言是非常期望的。

織造成無縫雙軸材料套筒的碳纖維在熱固性樹脂內形成了提供導電性和散熱性的致密網絡。

強力的分子結構單元形成了彼此連接的完全交聯的結構，并充當貫穿層合體的厚度形成縫合(stitched)的互連結構，產生三維網絡。碳纖維被織造成無縫雙軸和三軸材料。這種布置提供了貫穿層合體的優異的導電性和優良的散熱性。

除了導電性和優良的耐腐蝕性之外，該導電性雜化復合材料作為構造材料還具有更多的優點：由于碳纖維重量輕并且強度高的性質，降低了一半以上的靜負荷重量，這在安裝前帶來了經濟效益，對于采用不銹鋼甚至更高級的鈦制造的管束尤其有利。

所述復合物可通過織造、縫合、利用頻率振動進行排列來制備，同時可通過已知為真空注入、拉擠成型、纖維纏繞和高壓滅菌的現有技術方法，將該材料制成管狀和片狀。

通過對現有技術中不能耐受高達100,000伏的電暈電壓飛弧和電弧的熱固性樹脂和碳玻璃纖維組合物進行改進，所述導電性復合材料克服了在強腐蝕性環境、飽和煙霧以及升高的溫度下影響不銹鋼、合金和鈦的腐蝕問題。

發明內容

已經發現可通過控制碳纖維的織造圖案和織物厚度來控制由這類導電、耐腐蝕、耐熱且防火花的材料制成的濕式靜電除塵器集塵電極的侵蝕方向和密度。鑒于此，越緊密的織紋(weave)將在集塵電極中產生越大密度的侵蝕線(erosion?lines)，而越厚的碳纖維織物產生具有越少轉彎和分支的侵蝕線路。