Електрическо почистване на газ — физическата основа на работата на електрофилтрите

Ако пропуснете прашен газ през зоната на действие на силно електрическо поле, тогава теоретично прахови частици придобиват електрически заряд и ще започне да се ускорява, движейки се по силовите линии на електрическото поле към електродите, последвано от отлагане върху тях.

Въпреки това, при условия на равномерно електрическо поле, няма да е възможно да се получи ударна йонизация с генериране на масови йони, тъй като в този случай със сигурност ще настъпи разрушаване на пролуката между електродите.

Но ако електрическото поле е нехомогенно, тогава ударната йонизация няма да доведе до разрушаване на пролуката. Това може да се постигне например чрез прилагане кухи цилиндричен кондензатор, в близост до централния електрод, на който напрежението на електрическото поле E ще бъде много по -голямо, отколкото в близост до външния цилиндричен електрод.

В близост до централния електрод силата на електрическото поле ще бъде максимална, докато като се отдалечите от него към външния електрод, силата Е първо бързо и значително ще намалее, а след това ще продължи да намалява, но по -бавно.

Чрез увеличаване на напрежението, приложено към електродите, първо получаваме постоянен ток на насищане, а чрез допълнително увеличаване на напрежението ще можем да наблюдаваме увеличаване на силата на електрическото поле при централния електрод до критична стойност и началото на ударната йонизация в близост до него.

При по -нататъшно увеличаване на напрежението, ударната йонизация ще се разпространи върху все по -голяма площ в цилиндъра и токът в пролуката между електродите ще се увеличи.

В резултат на това ще възникне коронен разряд, поради което генерирането на йони ще бъде достатъчно за зареждане на прахови частици, въпреки че окончателното разбиване на празнината никога няма да се случи.

За получаване на коронен разряд с цел зареждане на прахови частици в газ е подходящ не само цилиндричен кондензатор, но и различна конфигурация на електроди, които могат да осигурят нехомогенно електрическо поле между тях.

Например широко разпространено електрофилтри, при което се получава нехомогенно електрическо поле с помощта на серия разрядни електроди, монтирани между паралелни плочи.

Определянето на критичното напрежение и критичното напрежение, при което възниква короната, се прави поради съответните аналитични зависимости.

В нехомогенно електрическо поле между електродите се образуват две области с различна степен на неоднородност. Коронната област насърчава генерирането на йони с противоположни знаци и свободни електрони близо до тънкия електрод.

Свободните електрони, заедно с отрицателни йони, се втурват към положителния външен електрод, където му придават своя отрицателен заряд.

Короната тук се отличава със значителен обем, а основното пространство между електродите е изпълнено със свободни електрони и отрицателно заредени йони.

В тръбните електростатични утаители газът, който трябва да се почиства от прах, се прекарва през вертикални тръби с диаметър от 20 до 30 см, с 2 — 4 мм електроди, опънати по централните оси по тръбите. Тръбата е събиращ електрод, тъй като улавеният прах се утаява по вътрешната й повърхност.

Електрофилтърът на плочата има ред разрядни електроди, центрирани между плочите, и прахът се утаява върху плочите.Когато прашен газ преминава през такъв електрофилтър, йони се абсорбират върху праховите частици и по този начин частиците бързо се зареждат. При зареждане праховите частици се ускоряват, докато се придвижват към събиращия електрод.

Определящи фактори за скоростта на движение на прах във външната зона коронен разряд са взаимодействието на електрическото поле с заряда на частиците и силата на аеродинамичния вятър.

Силата, която кара частиците прах да се движат към събиращия електрод — Кулонова сила на взаимодействие на заряда на частиците с електрическото поле на електродите… Докато частицата се движи към събиращия електрод, активната сила на кулона се балансира от силата на челното съпротивление. Скоростта на дрейф на частица към събиращия електрод може да бъде изчислена чрез приравняване на тези две сили.

Качеството на отлагане на частици върху електрода се влияе от такива фактори като: размер на частиците, тяхната скорост, проводимост, влажност, температура, качество на повърхността на електрода и др. Но най -важното е електрическото съпротивление на праха. Най-голямата съпротивление прахът е разделен на групи:

Прах със специфично електрическо съпротивление по -малко от 104 Ом * см

Когато такава частица влезе в контакт с положително зареден събиращ електрод, тя незабавно губи отрицателния си заряд, моментално придобивайки положителен заряд на електрода. В този случай частицата може незабавно лесно да се отнесе от електрода и ефективността на почистване ще спадне.

Прах със специфично електрическо съпротивление 104 до 1010 Ом * см.

Такъв прах се утаява добре на електрода, лесно се изтръсква от тръбата, филтърът работи много ефективно.

Прах със специфично електрическо съпротивление повече от 1010 Ом * см.

Прахът не се улавя лесно от електрофилтъра. Утаените частици се изхвърлят много бавно, слоят от отрицателно заредени частици на електрода става по -дебел. Зареденият слой пречи на отлагането на новопристигащи частици. Ефективността на почистването намалява.

Прах с най -високо електрическо съпротивление — магнезит, гипс, оксиди на олово, цинк и пр. Колкото по -висока е температурата, толкова по -интензивно прахоустойчивостта нараства първо (поради изпаряване на влагата), а след това съпротивлението пада. Навлажнявайки газа и добавяйки към него някои реактиви (или частици от сажди, кокс), можете да намалите устойчивостта на праха.

Попадайки във филтъра, част от праха може да бъде взета от газа и да бъде отнесена отново, това зависи от скоростта на газа и диаметъра на събиращия електрод. Вторичното увличане може да бъде намалено чрез незабавно изплакване на вече уловения прах с вода.

Характеристика на токово напрежение на филтъра се определя от някои технологични фактори. Колкото по -висока е температурата, толкова по -голям е токът на короната; обаче стабилното работно напрежение на филтъра намалява поради намаляване на пробивното напрежение. По -високата влажност означава по -малък ток на короната. По -голямата скорост на газа означава по -малък ток.

Колкото по -чист е газът — колкото по -голям е токът на короната, толкова по -прашен е газът — толкова по -нисък е токът на короната. Изводът е, че йоните се движат повече от 1000 пъти по -бързо от праха, така че когато частиците се зареждат, токът на короната намалява и колкото повече прах има във филтъра, толкова по -малък е токът на короната.

За изключително прашни условия (Z1 25 до 35 g / m23) токът на короната може да падне почти до нула и филтърът ще спре да работи. Това се нарича заключване на короната.

Заключената корона води до липса на йони, за да се осигури достатъчен заряд на праховите частици. Въпреки че короната рядко се заключва напълно, електростатичният филтър не се представя добре в прашна среда.

В металургията най -често се използват пластинни електрофилтри, характеризиращи се с висока ефективност, премахващи до 99,9% прах с ниска консумация на енергия.

При изчисляване на електрофилтър се изчислява неговата производителност, ефективност на работа, консумация на енергия за създаване на корона, както и токът на електродите. Производителността на филтъра се намира по площта на активния му участък:

Познавайки площта на активната секция на електрофилтъра, се избира подходящ дизайн на филтъра, като се използват специални таблици. За да намерите ефективността на филтъра, използвайте формулата:

Ако размерът на праховите частици е съизмерим със средния свободен път на газовите молекули (около 10-7m), тогава скоростта на тяхното отклонение може да се намери по формулата:

Скоростта на дрейф на големи аерозолни частици се намира по формулата:

Ефективността на филтъра за всяка прахова фракция се произвежда отделно, след което се установява общата ефективност на електрофилтъра:

Работният интензитет на електрическото поле във филтъра зависи от неговата конструкция, от разстоянието между електродите, от радиуса на коронните електроди и подвижността на йони. Обичайният диапазон на работно напрежение за електрофилтър е от 15 * 104 до 30 * 104 V / m.

Загубите от триене обикновено не се изчисляват, а просто се приемат, че са 200 Pa. Консумацията на енергия за създаване на корона се намира по формулата:

Токът при събиране на металургичен прах се установява, както следва:

Междуелектродното разстояние на електрофилтъра зависи от неговата конструкция. Дължината на събиращите електроди се избира в зависимост от необходимата степен на събиране на прах.

Електростатичните утаители обикновено не се използват за улавяне на прах от чисти диелектрици и чисти проводници. Проблемът е, че частиците с висока проводимост се зареждат лесно, но също така бързо се изхвърлят на събиращия електрод и затова те незабавно се отвеждат от газовия поток.

Диелектричните частици се утаяват върху събиращия електрод, намаляват неговия заряд и водят до образуване на обратна корона, която пречи на филтъра да работи правилно. Нормалното работно съдържание на прах за електрофилтъра е под 60 g / m23, а максималната температура, при която се използват електрофилтри, е +400 ° C.

Вижте също по тази тема:

Електростатични филтри — устройство, принцип на действие, области на приложение