一种电除尘器热镀锌阴极线及其制备方法与流程

1.本发明涉及烟气污染物治理的技术领域，特别是一种电除尘器热镀锌阴极线及其制备方法。


背景技术：

2.电除尘技术是通过高压电源供电，在阴极线产生电晕放电使含尘气体中的尘粒荷电，并在电场力的作用下收集粉尘的技术。电除尘器是工业烟气粉尘脱除的主流设备，具有压降力损失低，无堵塞，处理烟气量大，除尘效率高的优点。现有电除尘器的电耗分布如图1所示，以一台150mw配套的中型电除尘器为例，高压电源电耗约500kw。电除尘器高压电源的有效电耗为二次电压乘以二次电流，其中二次电压达到一定值(起晕电压)，阴极线才能发生有效的电晕放电，因此降低阴极线的起晕电压，可在一定程度上降低电耗；二次电流的大小直接决定了粉尘空间荷电量，提高二次电流值在一定程度上可提高电除尘效率。
3.电除尘器在实际运行中，最常见的故障为阴极线腐蚀断线、振打锤脱落、灰斗堵灰、绝缘子开裂，这被称为电除尘器常见的“四大故障”，而阴极线腐蚀断线是影响设备安全和除尘效率降低的主要原因。目前燃煤污泥掺烧烟气、造纸碱炉等所配套的电除尘器普遍存在阴极线腐蚀严重的问题，主要表现为芒刺和连接头的焊接点腐蚀、芒刺腐蚀等。其中，燃煤掺烧污泥后，烟气中的含水量增加，cl和s元素含量增加，重金属比例上升，酸露点温度降低，导致烟气腐蚀性增加，阴极线腐蚀导致掉刺甚至断裂，影响电除尘器的安全和稳定运行。燃煤和掺烧的生物质中的cl和s元素是导致锅炉和炉后环保设备腐蚀的主要原因，cl元素主要以hcl、cl2的形式对金属材料造成腐蚀。cl元素以气态氯化物形式进入烟道，并与烟气中的so2进行硫酸盐化反应生成hcl和cl2与金属反应生成fecl2。在还原性气氛下h2s能在c、co的作用下与金属反应生成fes，在有氧环境下则是so2对金属造成腐蚀。
4.为了解决以上问题，现有阴极线主要通过采用特种金属材料的阴极线，比如304、316甚至2205等不锈钢材料，导致阴极线材料成本大幅增加，污染治理成本高的问题。比如申请号为201520977579.7的实用新型专利公开了一种自防腐高效阴极线，其通过材料解决腐蚀问题，通过结构形状解决放电效率低的问题，但是成本极高。申请号为201811514202.2的发明专利公开了一种磁控管阴极线圈用钴钍钨合金材料及其制备方法，其在蓝钨掺杂硝酸钍的同时再加入钴盐，通过钴元素细化晶粒功能来改善碳化后磁控管阴极线圈的抗震性能，提升阴极线圈碳化后强度、降低脆性、改善抗震性能。申请号为201310513908.8的发明专利公开了一种直流电晕放电气体净化器导电催化电极及其制备方法，其通过将电极的基底涂覆催化溶胶，提高对挥发性有机气体的净化性能；上述专利公开的材料虽然能够一定程度的改善阴极线的性能，但是均会使阴极线材料成本大幅增加，无法经济高效地解决阴极线腐蚀失效的问题。此外，当阴极线采用低碳钢spcc和不锈钢304、316或2205等材料时，电晕放电时热电子发射电阻高，材料表面的电子逸出功高，从而导致电除尘器高压电耗高。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种电除尘器热镀锌阴极线及其制备方法，能够提高阴极线的耐腐蚀性及电晕放电效率，降低成本。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种电除尘器热镀锌阴极线，包括支撑管，以及焊接于所述支撑管上的若干个芒刺，所述芒刺的外表面自内至外依次设置有第一镀锌层、第二镀锌层，所述支撑管的外表面设有第二镀锌层，所述第一镀锌层包括以下组分：铝、钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物和zn，所述第二镀锌层的包括以下组分：铝、钼、铬和zn。
7.作为优选，所述第一镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％，余量为zn和不可避免的杂质。
8.作为优选，所述稀土氧化物包括la2o3、y2o3和ceo2，其中la2o3、y2o3、ceo2的质量比为2～5：3～5：3～6。
9.作为优选，所述第二镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。
10.作为优选，所述第二镀锌层中铝、钼、铬的含量分别低于第一镀锌层中铝、钼、铬的含量。
11.作为优选，所述支撑管、所述芒刺的材料均采用低碳钢spcc。
12.本发明还提出了一种上述电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，包括以下步骤：
13.s1.压剪成型：将spcc板压剪形成刺形平板；
14.s2.压制成型：对刺形平板进行压制，形成立体的芒刺；
15.s3.预热镀锌：对压制成型的芒刺进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物，出锌液后在芒刺的表面形成第一镀锌层；
16.s4.焊接成型：将预热镀锌后的芒刺与支撑管两侧的连接部进行焊接，形成阴极线；
17.s5.整体热镀锌：对阴极线整体进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钼、铬，出锌液后在芒刺和支撑管的表面形成第二镀锌层。
18.作为优选，步骤s3中，在锌浴中加入钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物，采用以下质量百分比：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo 0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％，余量为zn和不可避免的杂质。
19.作为优选，步骤s5中，在锌浴中加入铝、钼、铬，采用以下质量百分比：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。
20.作为优选，步骤s3中，在芒刺锌浴时，将芒刺沿其轴线旋转90
°
至其呈水平状态，完成锌浴后再次转动芒刺，使其针刺朝下出锌液，出锌液后冷却3-8秒，保持芒刺的针刺朝下振动余锌。
21.本发明的有益效果：
22.1、相比芒刺和中间管整体压制成形方法，本发明采用芒刺与支撑管焊接后再进行整体热镀锌的方法，可降低成本，提高材料利用率。此外，本发明通过对焊接位置进行了整体热镀锌，提高了焊接位置的防腐蚀性，不易掉刺。
23.2、阴极线起晕电压低，放电效率高，能耗高，除尘效率高。
24.3、结构上适应性强，可满足现有电除尘器改造，改造成本低。
25.本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
26.图1是现有电除尘器的电耗分布的对比图；
27.图2是本发明放电极与常见放电极运行参数的对比图；
28.图3是本发明的热镀锌阴极线在60kv下的电晕放电照片；
29.图4是spcc材料芒刺线在60kv下的电晕放电照片；
30.图5是本发明一种电除尘器热镀锌阴极线的制备方法的流程图；
31.图6是本发明一种电除尘器热镀锌阴极线的芒刺锌浴流程图。
具体实施方式
32.本发明的一种电除尘器热镀锌阴极线，包括支撑管，以及焊接于所述支撑管上的若干个芒刺，所述支撑管、所述芒刺的材料均采用低碳钢spcc，所述芒刺的外表面自内至外依次设置有第一镀锌层、第二镀锌层，所述支撑管的外表面设有第二镀锌层，所述第一镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo 0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％，余量为zn和不可避免的杂质。所述稀土氧化物包括la2o3、y2o3和ceo2，其中la2o3、y2o3、ceo2的质量比为2～5：3～5：3～6。所述第二镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。
33.进一步地，所述第二镀锌层中铝、钼、铬的含量分别低于第一镀锌层中铝、钼、铬的含量。因为芒刺尖端需要电晕放电，本发明中通过添加钨及以稀土氧化物提高其放电效率，但由于支撑管面积大，也没有电晕放电的作用，为降低成本，整体热镀锌时不添加钨及以稀土氧化物。
34.由于电除尘的原理是电晕放电对粉尘进行荷电，再通过电场力将粉尘从烟气中分离，因此，电除尘的前端电场需要对粉尘进行荷电，荷电量越大对除尘越有利，电压高对除尘效率有利但影响不大，但电压高会导致电耗也高，因此，前端电场需要低电压高电流的放电极。开发低电压高电流的放电极可提高除尘效率的同时，降低电耗。本发明热镀锌阴极线与几种常见的放电极在常规大气条件下的起晕电压比较如下表1所示，最常用的放电芒刺线和针刺线的起晕电压为15kv(材料一般为spcc、304、316，这几种材料的起晕电压相差不大)，本发明的热镀锌阴极线的起晕电压为13kv。
35.表1
36.[0037][0038]
本发明将钨元素、zro、mgo和稀土氧化物(la2o3、y2o3、ceo2)作为活性物质，能够降低材料的电子表面逸出功，提高其热电子发射能力，降低电除尘电场的起晕电压，并且钼、铬金属能提高芒刺耐氯离子侵蚀，钨元素也可进一步提高耐腐蚀性。其实现的原理：钨材料熔点高，逸出功低(4.5ev左右)，稀土氧化物加入后，作为活性物，可进一步降低材料的逸出功，其中la2o3、y2o3的作用最明显，在电除尘电晕放电运行时，la2o3被烟气加热还原，在尖端放电点的表面形成la单原子膜，使复合材料的逸出功降低0.2ev左右，形成电晕高效放电的激活层。另外，y2o3加入后催化了放电点表面的钨在高二氧化碳的烟气环境下生成了致密的蓝钨，提高了钨的稳定性，避免了钨的高温挥发损耗，在电除尘常规运行烟气工况下，理论损耗寿命可达8年。
[0039]
常规材料的阴极线在15kv的电压下开始起晕进行电晕放电，而采用本发明材料进行热镀锌后，阴极线在13kv的电压下开始起晕进行电晕放电，在相同电晕放电效率下，电除尘器运行电压更低；在相同运行电压下，电除尘器电流密度更大，粉尘荷电量更高，提高了电晕放电效率，达到节能减排的效果。
[0040]
材料成本对比，以一台1000mw机组为例，支撑管和芒刺厚度按0.6mm计：
[0041]
市场上常用的阴极线价格(由于钢材和人工成本市场变化大，未计税率等因素)如下：
[0042]
316l整体芒刺线：37元每米；
[0043]
316l芒刺电焊芒刺线：28元每米；
[0044]
304整体芒刺线：23元每米；
[0045]
304芒刺电焊芒刺线：18元每米；
[0046]
spcc整体芒刺线：11元每米；
[0047]
spcc芒刺电焊芒刺线：9元每米；
[0048]
注：316l整体芒刺线，表示中间管和芒刺材料均为316l，芒刺和中管整体压制成形。316l芒刺电焊芒刺线，表示中间管和芒刺材料均为316l，芒刺和中管单独压制成形，再将芒刺焊接到中间管上，其他几个型号以此类推。
[0049]
防腐性能对比：316l整体芒刺线＞316l芒刺电焊芒刺线＞304整体芒刺线＞＞304芒刺电焊芒刺线＞spcc整体芒刺线＞＞spcc芒刺电焊芒刺线。
[0050]
采用316l芒刺线的材料及制作价格约为37元每米，一台机组配套阴极线长度在150000米左右，成本为555万元。
[0051]
采用本发明热镀锌芒刺线(热镀锌阴极线)的材料及制作价格约为12元每米，一台机组配套阴极线长度在150000米左右，成本为180万元。
[0052]
采用304芒刺线的材料及制作价格约为13元每米，一台机组配套阴极线长度在150000米左右，成本为195万元。
[0053]
本发明材料的防腐特性高于316l，放电效率高于316l。因此，在相同防腐性能基础上，一台1000mw机组电除尘器采用本发明的阴极线成本可降低约360万元，安装运输等其他费用相同，并且放电效率提高，能耗降低，除尘效率提高。
[0054]
实施例1：
[0055]
在本实施例中，所述第一镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.15％，钨0.02％，钼0.02％，铬0.01％，zro 0.02％，mgo1.0％，稀土氧化物0.016％(包括la2o30.005％、y2o30.005％、ceo20.006％)，余量为zn和不可避免的杂质。所述第二镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.12％，钼0.01％，铬0.001％，余量为zn和不可避免的杂质。
[0056]
在电除尘器实际工程应用中，配置常规材料芒刺线的电除尘器，在燃煤优质煤或燃煤机组低负荷运行时，电除尘器除尘效率很高，为降低能耗，一般将电源调节到最低能耗，为达到最小二次电流值，二次电压一般需要调节到30kv，二次电流密度0.1ma/m2，一个电源对应的电流约为300ma/m2(不同电场大小数值不同)，对应的有效功率9kw。相比常规的阴极线，采用本实施例1的阴极线后，为达到最小二次电流值，二次电压只需要调节到20kv，二次电流密度就可以达到0.1ma/m2，一个电源对应的电流约为300ma/m2，对应的有效功率6kw。
[0057]
因此，在电除尘器前端电场，采用本发明材料的阴极线后，可在更低的二次电压下达到需要的二次电流密度，从而在保证除尘效率的同时，能耗降低30％以上。对比如图2所示。
[0058]
同理，当需要机组满负荷运行或燃煤劣质煤时，为保证除尘效率，需要电除尘器前端电场进行大电流放电，在60kv电压下，本发明的芒刺线(热镀锌阴极线)的二次电流可达0.5ma/m2，相比常规spcc材料的芒刺线的二次电流为0.4ma/m2，本发明的芒刺线(热镀锌阴极线)以及spcc材料芒刺线在60kv下的电晕放电照片分别如图3、图4所示。因此，采用本发明的热镀锌阴极线后，电除尘的除尘效率更高。
[0059]
实施例2
[0060]
在本实施例中，所述第一镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.25％，钨0.01％，钼0.03％，铬0.03％，zro 0.02％，mgo1.0％，稀土氧化物0.01％(包括la2o30.002％、y2o30.003％、ceo20.005％)，余量为zn和不可避免的杂质。所述第二镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.15％，钼0.015％，铬0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。
[0061]
相较于实施例1，本实施例2虽然放电性能有所降低，但成本更低，防腐性能更好。与实施例1相比，采用本发明实施例2的阴极线后，为达到最小二次电流值，二次电压只需要调节到25kv，二次电流密度就可以达到0.1ma/m2，一个电源对应的电流约为300ma/m2，对应的有效功率7.5kw。
[0062]
参阅图5，本发明公开了一种上述电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，包括以下步骤：
[0063]
s1.压剪成型：将spcc板压剪形成刺形平板；
[0064]
s2.压制成型：对刺形平板进行压制，形成立体的芒刺；
[0065]
s3.预热镀锌：对压制成型的芒刺进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物，采用以下质量百分比：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％(包括la2o30.002～0.005％、y2o30.003～0.005％、ceo20.003～0.006％)，余量为zn和不可避免的杂质；出锌液后在芒刺的表面形成第一镀锌层；参阅图6，在芒刺锌浴时，在芒刺锌浴时，将芒刺沿其轴线旋转90
°
至其呈水平状态(对应图6的b.锌浴状态)，完成锌浴后再次转动芒刺，使其针刺朝下出锌液(对应图6的c.出锌液状态)，目的是为了锌液冷凝形态与芒刺尖端方向一致，提高电晕放电的效率，出锌液后冷却3-8秒，保持芒刺的针刺朝下振动余锌。
[0066]
s4.焊接成型：将预热镀锌后的芒刺与支撑管两侧的连接部进行焊接，形成阴极线；
[0067]
s5.整体热镀锌：对阴极线整体进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钼、铬，采用以下质量百分比：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.105％，余量为zn和不可避免的杂质；出锌液后在芒刺和支撑管的表面形成第二镀锌层。
[0068]
由于芒刺表面积小，中间管面积大，通过对芒刺进行预热镀锌，可降低锌液的用量，降低成本。预热镀锌具有提高放电效率的效果，并且赋予阴极线更高的抗腐蚀性能。通过环境需要，芒刺预热镀锌和阴极线整体热镀锌采用不一样的配方，以降低成本，并达到需要的效果。本发明中采用芒刺预热镀锌和整体热镀锌两段工艺，能够在低成本下达到需要的性能目标。此外，在不同的电除尘器使用烟气工况下(比如燃煤污泥掺烧烟气、造纸碱炉、高水分煤种等工况)，两个镀锌层的配方可采用不同的比例，以适应不同烟气成分的腐蚀效应。
[0069]
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种电除尘器热镀锌阴极线，包括支撑管，以及焊接于所述支撑管上的若干个芒刺，其特征在于：所述芒刺的外表面自内至外依次设置有第一镀锌层、第二镀锌层，所述支撑管的外表面设有第二镀锌层，所述第一镀锌层包括以下组分：铝、钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物和zn，所述第二镀锌层的包括以下组分：铝、钼、铬和zn。2.如权利要求1所述的一种电除尘器热镀锌阴极线，其特征在于：所述第一镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo 0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％，余量为zn和不可避免的杂质。3.如权利要求2所述的一种电除尘器热镀锌阴极线，其特征在于：所述稀土氧化物包括la2o3、y2o3和ceo2，其中la2o3、y2o3、ceo2的质量比为2～5：3～5：3～6。4.如权利要求1所述的一种电除尘器热镀锌阴极线，其特征在于：所述第二镀锌层由如下质量百分比的组分组成：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。5.如权利要求1所述的一种电除尘器热镀锌阴极线，其特征在于：所述第二镀锌层中铝、钼、铬的含量分别低于第一镀锌层中铝、钼、铬的含量。6.如权利要求1所述的一种电除尘器热镀锌阴极线，其特征在于：所述支撑管、所述芒刺的材料均采用低碳钢spcc。7.一种如权利要求1至6中任意一项所述电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.压剪成型：将spcc板压剪形成刺形平板；s2.压制成型：对刺形平板进行压制，形成立体的芒刺；s3.预热镀锌：对压制成型的芒刺进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物，出锌液后在芒刺的表面形成第一镀锌层；s4.焊接成型：将预热镀锌后的芒刺与支撑管两侧的连接部进行焊接，形成阴极线；s5.整体热镀锌：对阴极线整体进行锌浴，并在锌浴中加入一定量的铝、钼、铬，出锌液后在芒刺和支撑管的表面形成第二镀锌层。8.如权利要求7所述的一种电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，其特征在于：步骤s3中，在锌浴中加入钨、钼、铬、zro、mgo、稀土氧化物，采用以下质量百分比：铝0.15～0.25％，钨0.01～0.02％，钼0.02～0.03％，铬0.01～0.03％，zro 0.008～0.02％，mgo 0.05～1.2％，稀土氧化物0.008～0.016％，余量为zn和不可避免的杂质。9.如权利要求7所述的一种电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，其特征在于：步骤s5中，在锌浴中加入铝、钼、铬，采用以下质量百分比：铝0.12～0.2％，钼0.01～0.02％，铬0.001～0.015％，余量为zn和不可避免的杂质。10.如权利要求7所述的一种电除尘器热镀锌阴极线的制备方法，其特征在于：步骤s3中，在芒刺锌浴时，将芒刺沿其轴线旋转90
°
至其呈水平状态，完成锌浴后再次转动芒刺，使其针刺朝下出锌液，出锌液后冷却3-8秒，保持芒刺的针刺朝下振动余锌。

技术总结
本发明提出了一种电除尘器热镀锌阴极线及其制备方法，该热镀锌阴极线，包括支撑管，以及焊接于所述支撑管上的若干个芒刺，所述芒刺的外表面自内至外依次设置有第一镀锌层、第二镀锌层，所述支撑管的外表面设有第二镀锌层，所述第一镀锌层包括以下组分：铝、钨、钼、铬、ZrO、MgO、稀土氧化物和Zn，所述第二镀锌层的包括以下组分：铝、钼、铬和Zn。本发明采用芒刺与支撑管焊接后再进行整体热镀锌的方法，可降低成本，提高材料利用率；提高阴极线的耐腐蚀性及电晕放电效率。此外，本发明通过对焊接位置进行了整体热镀锌，提高了焊接位置的防腐蚀性，不易掉刺。不易掉刺。不易掉刺。


技术研发人员：赵海宝 赵琳 刘含笑 袁伟锋 何毓忠
受保护的技术使用者：浙江菲达环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/8/14