Elektryczne oczyszczanie gazów - fizyczne podstawy działania elektrofiltrów

Jeśli przepuszczasz zapylony gaz przez strefę działania silnego pola elektrycznego, to teoretycznie cząstki pyłu uzyskać ładunek elektryczny i zacznie przyspieszać, poruszając się wzdłuż linii pola elektrycznego do elektrod, po czym nastąpi osadzanie się na nich.

Jednak w warunkach jednorodnego pola elektrycznego nie będzie możliwe uzyskanie jonizacji uderzeniowej z generacją jonów masowych, gdyż w takim przypadku z pewnością nastąpi zniszczenie szczeliny między elektrodami.

Ale jeśli pole elektryczne jest niejednorodne, to jonizacja uderzeniowa nie doprowadzi do rozpadu szczeliny. Można to osiągnąć na przykład poprzez zastosowanie wydrążony cylindryczny kondensator, w pobliżu elektrody centralnej, na której naprężenie pola elektrycznego E będzie znacznie większe niż w pobliżu zewnętrznej elektrody cylindrycznej.

W pobliżu elektrody centralnej natężenie pola elektrycznego będzie maksymalne, w miarę oddalania się od niej w kierunku elektrody zewnętrznej siła E najpierw szybko i znacząco spadnie, a następnie będzie malała dalej, ale już wolniej.

Zwiększając napięcie przyłożone do elektrod, najpierw uzyskamy stały prąd nasycenia, a następnie zwiększając napięcie będziemy mogli zaobserwować wzrost natężenia pola elektrycznego na elektrodzie centralnej do wartości krytycznej i początek wyładowania jonizacja w pobliżu.

W miarę dalszego wzrostu napięcia jonizacja uderzeniowa rozprzestrzeni się na coraz większy obszar cylindra, a prąd w szczelinie między elektrodami będzie wzrastał.

W rezultacie nastąpi wyładowanie koronowe generowanie jonów będzie wystarczające do naładowania cząstek pyłu, chociaż ostateczne przełamanie luki nigdy nie nastąpi.

Aby uzyskać wyładowanie koronowe w celu naładowania cząstek pyłu w gazie, odpowiedni jest nie tylko kondensator cylindryczny, ale także inna konfiguracja elektrod, które mogą zapewnić między nimi niejednorodne pole elektryczne.

Na przykład szeroko rozpowszechniony elektrofiltry, w którym niejednorodne pole elektryczne jest wytwarzane za pomocą szeregu elektrod wyładowczych zamontowanych między równoległymi płytkami.

Wyznaczenie naprężenia krytycznego oraz naprężenia krytycznego, przy którym występuje wyładowanie koronowe, dokonywane jest na podstawie odpowiednich zależności analitycznych.

W niejednorodnym polu elektrycznym między elektrodami powstają dwa obszary o różnym stopniu niejednorodności. Obszar korony sprzyja generowaniu jonów o przeciwnych znakach i wolnych elektronów w pobliżu cienkiej elektrody.

Swobodne elektrony wraz z jonami ujemnymi pędzą do dodatniej elektrody zewnętrznej, gdzie nadają jej ładunek ujemny.

Korona wyróżnia się tutaj znaczną objętością, a główną przestrzeń między elektrodami wypełniają wolne elektrony i ujemnie naładowane jony.

W elektrofiltrach rurowych odpylany gaz przepuszcza się przez pionowe rury o średnicy od 20 do 30 cm, z elektrodami o średnicy 2-4 mm rozciągniętymi wzdłuż centralnych osi rur. Rurka jest elektrodą zbiorczą, ponieważ uwięziony pył osadza się na jej wewnętrznej powierzchni.

Filtr płytowy ma rząd elektrod wyładowczych umieszczonych pośrodku płyt, a pył osadza się na płytach.Kiedy gaz pyłowy przechodzi przez taki filtr, jony są absorbowane na cząsteczkach pyłu, a tym samym cząstki są szybko ładowane. Podczas ładowania cząstki pyłu są przyspieszane w miarę zbliżania się do elektrody zbiorczej.

Determinanty prędkości ruchu pyłu w strefie zewnętrznej wyładowanie koronowe to oddziaływanie pola elektrycznego z ładunkiem cząstek i aerodynamiczną siłą wiatru.

Siła, która powoduje, że cząstki pyłu poruszają się w kierunku elektrody zbiorczej — Siła kulombowska oddziaływania ładunku cząstek z polem elektrycznym elektrod… Gdy cząstka porusza się w kierunku elektrody zbiorczej, aktywna siła kulombowska jest równoważona przez siłę oporu głowy. Prędkość dryfu cząstki do elektrody zbiorczej można obliczyć, porównując te dwie siły.

Na jakość osadzania cząstek na elektrodzie mają wpływ takie czynniki jak: wielkość cząstek, ich prędkość, przewodność, wilgotność, temperatura, jakość powierzchni elektrody itp.Ale najważniejsza jest oporność elektryczna pyłu. Największy opór pył dzieli się na grupy:

Pył o określonej rezystancji elektrycznej mniejszej niż 104 Ohm * cm

Kiedy taka cząsteczka wchodzi w kontakt z dodatnio naładowaną elektrodą zbiorczą, natychmiast traci ładunek ujemny, natychmiast uzyskując ładunek dodatni na elektrodzie. W takim przypadku cząsteczkę można natychmiast łatwo usunąć z elektrody, a skuteczność czyszczenia spadnie.

Pył o określonej rezystancji elektrycznej od 104 do 1010 Ohm * cm.

Taki pył dobrze osadza się na elektrodzie, łatwo jest strząsnąć z rury, filtr pracuje bardzo wydajnie.

Pył o określonej rezystancji elektrycznej większej niż 1010 Ohm * cm.

Kurz nie jest łatwo wychwytywany przez elektrofiltr. Wytrącone cząstki są wyrzucane bardzo powoli, warstwa ujemnie naładowanych cząstek na elektrodzie staje się grubsza. Naładowana warstwa zapobiega osadzaniu się nowo przybywających cząstek. Zmniejsza się skuteczność czyszczenia.

Pył o najwyższym oporze elektrycznym — magnezyt, gips, tlenki ołowiu, cynku itp. Im wyższa temperatura, tym intensywniej najpierw wzrasta odporność pyłu (na skutek odparowania wilgoci), a następnie spada. Zwilżając gaz i dodając do niego odczynniki (lub cząstki sadzy, koksu) można zmniejszyć odporność pyłu.

Wchodząc do filtra, część pyłu może zostać wychwycona przez gaz i ponownie uniesiona, zależy to od prędkości gazu i średnicy elektrody zbiorczej. Wtórne porywanie można ograniczyć przez natychmiastowe spłukanie wodą już uwięzionego pyłu.

Charakterystyka prądowo-napięciowa filtra determinowane jest pewnymi czynnikami technologicznymi.Im wyższa temperatura, tym wyższy prąd koronowy; jednak stabilne napięcie robocze filtra spada z powodu spadku napięcia przebicia. Wyższa wilgotność oznacza niższy prąd koronowy. Większa prędkość gazu oznacza mniejszy prąd.

Im czystszy gaz – im wyższy prąd koronowy, tym bardziej zakurzony gaz – tym niższy prąd koronowy. Najważniejsze jest to, że jony poruszają się ponad 1000 razy szybciej niż pył, więc gdy cząstki są naładowane, prąd koronowy maleje, a im więcej pyłu znajduje się w filtrze, tym niższy jest prąd koronowy.

W bardzo zapylonych warunkach (Z1 25 do 35 g/m23) prąd koronowy może spaść prawie do zera i filtr przestanie działać. Nazywa się to blokowaniem korony.

Zablokowana korona powoduje brak jonów, aby zapewnić wystarczający ładunek cząsteczkom pyłu. Chociaż korona rzadko blokuje się całkowicie, elektrofiltr nie działa dobrze w zapylonych środowiskach.

W hutnictwie najczęściej stosowane są elektrofiltry płytowe, charakteryzujące się dużą skutecznością, usuwające do 99,9% pyłów przy niskim zużyciu energii.

Podczas obliczania elektrofiltru obliczana jest jego wydajność, wydajność działania, zużycie energii do wytworzenia korony, a także prąd elektrod. Wydajność filtra określa obszar jego aktywnej sekcji:

Znając powierzchnię sekcji czynnej elektrofiltra, dobiera się odpowiednią konstrukcję filtra za pomocą specjalnych tabel. Aby znaleźć wydajność filtra, użyj wzoru:

Jeśli rozmiar cząstek pyłu jest współmierny do średniej drogi swobodnej cząsteczek gazu (około 10-7m), to prędkość ich odchylenia można znaleźć ze wzoru:

Prędkość dryfu dużych cząstek aerozolu oblicza się ze wzoru:

Wydajność filtra dla każdej frakcji pyłu jest wytwarzana osobno, po czym ustalana jest całkowita wydajność elektrofiltra:

Intensywność działania pola elektrycznego w filtrze zależy od jego budowy, odległości między elektrodami, promienia elektrod ulotowych oraz ruchliwości jonów. Zwykły zakres napięcia roboczego elektrofiltra wynosi od 15 * 104 do 30 * 104 V / m.

Straty tarcia zwykle nie są obliczane, ale po prostu przyjmuje się, że wynoszą 200 Pa. Zużycie energii do wytworzenia korony oblicza się według wzoru:

Prąd podczas zbierania pyłu metalurgicznego ustala się w następujący sposób:

Odległość międzyelektrodowa elektrofiltru zależy od jego budowy. Długość elektrod zbiorczych dobierana jest w zależności od wymaganego stopnia zebrania pyłu.

Filtry elektrostatyczne na ogół nie są używane do wychwytywania pyłu z czystych dielektryków i czystych przewodników. Problem polega na tym, że cząstki o dużej przewodności łatwo się ładują, ale są one również szybko wyrzucane na elektrodę zbiorczą i dlatego są natychmiast usuwane ze strumienia gazu.

Cząsteczki dielektryka osadzają się na elektrodzie zbiorczej, zmniejszają jej ładunek i prowadzą do powstania korony odwrotnej, która uniemożliwia prawidłową pracę filtra. Normalna eksploatacyjna zawartość pyłu dla elektrofiltra wynosi poniżej 60 g/m23, a maksymalna temperatura, w której stosowane są elektrofiltry to +400°C.

Zobacz też w tym temacie:

Filtry elektrostatyczne — urządzenie, zasada działania, obszary zastosowania