稀土钨热电子发射式高温静电除尘器阴极损耗机理的研究

论文摘要

热电子发射式高温静电除尘技术是一种新颖的高温烟气净化方法,与传统的电晕式静电除尘技术不同,它是以稀土添加钨为基底的高电流密度电子发射体制成的阴极在高温下发射电子的方法使烟气中的粉尘荷电,然后依靠电场力的作用将其捕集去除的一种新技术。其工作原理独特,在高温除尘领域有着良好的发展前途和广泛的应用前景。热电子发射式高温静电除尘技术的关键在于其阴极能否在高温烟气环境下有着持久、高密度的发射及其使用寿命。因而,热电子发射式高温静电除尘其阴极的损耗机理的研究就显得尤为重要,这对于进一步开发和研究无电晕式高温静电除尘技术有着重要的意义和作用。本文首先在自行设计、制造的实验台上对阴极进行了疲劳试验,对发射特性实验中使用过的阴极连续工作100h后发现,其发射电流密度依然稳定,这对于阴极在高温高压条件下稳定有效地工作来说是很有利的。在工作前后,对阴极进行了微观结构分析,发现阴极的损耗主要是发射阴极内钨的氧化,工作前后材料的内部组织结构基本没有明显变化,但材料表面的物相和显微组织都发生了很大的变化。为了进一步研究阴极的损耗机理,在静态试验炉内进行了无电压空气气氛下的等温氧化实验,通过测定阴极质量的变化,确定了其氧化动力学曲线并计算出各温度下的氧化速率常数。在实验的基础上,建立了热电子发射阴极损耗理论模型,并对其中的参数值进行了计算,为进一步的动态仿真奠定了基础。根据建立的热电子发射阴极损耗的数学模型,在SIMULINK环境下建立了相应的动态仿真系统,并对无电压空气环境和烟气环境下,温度分别为1073K、1173K、1273K及1373K的条件下进行了仿真。通过仿真,我们发现随着温度的升高和氧气浓度的降低,其阴极的使用寿命有很大改变,说明在氧化过程中,温度和氧气浓度是影响相当重要的参数。这对进一步研究热电子发射式高温静电除尘技术有着重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外高温除尘的研究现状
• 1.2 静电除尘技术的研究现状
• 1.2.1 静电除尘器的发展史
• 1.2.2 静电除尘器的种类
• 1.2.3 电除尘器的最新发展动态
• 1.3 热电子发射式高温电除尘技术的研究现状
• 1.3.1 电子发射的基本原理
• 1.3.2 钨热电子发射材料的发展
• 1.4 现实中材料高温氧化问题
• 1.5 选题背景及意义
• 1.5.1 课题背景
• 1.5.2 本课题主要研究内容
• 第二章 阴极材料的制备及结构
• 2.1 稀土钨发射材料的制备
• 2.2 材料的特性
• 2.2.1 组织成分对稀土-钨结构的影响
• 2.2.2 掺杂方式对稀土-钨结构的影响
• 2.3 热电子发射材料的显微组织
• 2.4 本章小结
• 第三章 疲劳实验及阴极工作前后性能和结构的变化
• 3.1 实验装置
• 3.1.1 静态试验台各系统简介
• 3.1.2 电子发射材料
• 3.2 稀土钨材料的疲劳实验
• 3.2.1 实验方案
• 3.2.2 实验结果
• 3.3 稀土钨材料工作前后微观结构分析和性能变化
• 3.3.1 工作前后材料表面XRD分析
• 3.3.2 工作前后材料X射线能谱分析
• 3.3.3 电镜扫描（SEM）和能谱分析（EDS）
• 3.3.4 稀土钨材料工作前后发射性能的变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 氧化实验
• 4.1 热重分析原理及过程
• 4.1.1 热重分析
• 4.1.2 实验过程
• 4.1.3 实验结果与讨论
• 4.2 炉内等温氧化实验
• 4.2.1 实验方法及记录
• 4.2.2 实验结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 阴极损耗的数学模型建立
• 5.1 阴极损耗数学模型的建立
• 5.1.1 数学模型建立的基础
• 5.1.2 活化能的计算
• 5.1.3 氧在氧化层中的扩散系数及其计算
• 5.2 本章小结
• 第六章 阴极损耗动态仿真
• 6.1 仿真模型的建立
• 6.2 仿真结果
• 6.2.1 空气环境中阴极损耗的动态仿真
• 6.2.2 烟气环境中阴极损耗的动态仿真
• 6.2.3 仿真结果和实验结果的比较
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 7.3 存在的问题
• 7.4 课题展望
• 参考文献
• 在读期间的相关成果
• 致谢