复合阴极材料电子发射特性的基础研究信号转换器

复合阴极材料电子发射特性的基础研究

复合阴极材料电子发射特性的基础研究 2011： 分类号：Q441.1　文献标识码：A文章编号：0258-8013 (2000) 03-0053-03BASIC RESEARCH ON THE EMITTANCE CHARACTERISTICSOF SYNTHETIC CATHODEYANG Ya-ping　HUANG Hui-fen　ZHANG Hao-kang　WEI Qi-dong(Thermoenergy Engineering Research Institute Southeast University，Nanjing 210018，China)ABSTRACT：The effect of various factors on the thermal emission current is observed,the thermal emission characteristics of the cathode are significantly dependent on temperature,pressure and voltage added between anode and cathode.The thermal emission current density from the emitter we developed is are least of two orders more than that of an usual ESP which has been found so far.The emitter has excellent electron-emitting stability and can be used under high temperature & high pressure for a long time.KEY WORDS：corona; high temperature; high pressure; cathode; precipitator; emission current▲1　引言　　目前广泛使用的电晕式静电除尘器的电极产生放电时的工作电压必须在电晕电压和火花电压之间，电场强度为480kV/m左右［1］，在常温时，这样的电场强度是不难达到的，其电性能也是相当稳定的。而在高温情况下，气体密度变小，这时电弧电压和电晕电压之间的差值变得很小，工作范围变窄，以致无法保证电除尘器的稳定工作；高温场合下，电除尘器的电晕线断线和电击穿等问题变得尤为严重。　　由我校首推的无电晕式静电除尘器［2，3］直接利用高温烟气的热能激发阴极材料中的电子，使粉尘荷电。在热发射过程中仅辅以较低的电极电压(3000V)即可获得比电晕放电方式高出许多的电流密度。这样不仅可较好地解决电除尘器中电晕线断线和电击穿以及高温下的电绝缘问题，而且由于发射电流密度的增加，可以大大减少发射极板的面积，使得电除尘器在体积上和钢材消耗上大幅度减小。这对解决电除尘器在高温条件下的应用难题提供了一条崭新的思路。　　无电晕式高温静电除尘系统能否得到广泛应用，阴极材料在常规工程应用条件下的热发射特性和它的稳定性是所要控制的关键技术之一。我们经多年研制、反复筛选，取得了较好的突破。2　工作原理和试验装置　　无电晕式高温高压静电除尘原理是利用逸出功较低的材料，在高温条件下稳定发射电子，使粉尘荷电，然后使已荷电的粉尘在强电场下被捕集。根据分子热物理理论，任何物质在高温条件下都具有一定程度的热电离，但只有当温度达到临界发射温度时，才能大量发射电子。不同的物质具有不同的临界发射温度。可用作发射极的材料除了电离电位要低之外，还必须具有高温热性能好和价格低等优点。　　为了测试所筛选的阴极材料在高温高压环境条件下的发射性能，我们设计和建造了高温高压静态试验台，如图1所示。图1　发射极静态试验系统Fig.1　The schematic of static testof set-up emitting electrode　　试验台热性能设计参数为:最大工作压力为1.0MPa;炉膛最高温度为1000℃。炉温和炉压均能自动保持恒定。　　试验台电性能设计参数为：电功率为4kW;自藕变压器提供的阴极发射电压为0～10000V；发射电流检测分为0～100μA,100μA～1mA,1mA～10mA共3个档级，可按需要进行切换。用于试验的电极板直径为11.1mm, 阳极板的尺寸为25×25mm2, 两极板间距离在20mm～30mm之间可调。3　试验的结果与分析　　在高温高压烟气环境下，阴极板如何稳定地发射电子是本除尘系统的关键技术之一。为此，我们在一系列不同的温度、压力和激发电压条件下，对所研制的阴极材料进行了大量的电发射性能试验研究。试验结果见图1～图4。3.1　不同条件下的阴极的伏安特性　　图2(a)～(d)分别给出了在给定压力、不同温度条件下，阴极发射电流密度与极间所施加的电压之间的关系。由图可见　　(1)在任何温度、压力下，阴极板的发射电流密度与所施加的电压成正相关系，这与电晕式静电除尘器的伏安特性完全一致。　　(2)电压、温度恒定时，压力越大，发射电流密度越小。这说明环境压力增加，阴极板的电发射能力下降。　　(3)电压、压力恒定时，温度越高，发射电流密度越大。在较低的温度(≤700℃)下，发射电流密度很低，此时其伏安特性与一般静电除尘器的伏安特性几乎没有区别；当温度达到850℃时，发射的电流密度急剧增加，表明此时阴极板发射出了大量的电子，亦即阴极板的热发射临界温度低于850℃。　　(4)在较高的温度(850℃)下，

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