Теоретические основы процесса. Электрическая очистка газов

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ

Очистка газов и воздуха под действием электрических сил — один из наиболее совершенных методов улавливания пыли. Аппа­раты для такой очистки газов называются электрическими фильт­рами.

Сущность процесса электрической очистки газов заключается в следующем. Запыленные газы пропускают через неоднородное электрическое поле, образующееся между осадительным 2 (рис. 96, а) и коронирующим 3 электродами. К коронирующему элект­роду через изолятор 4 подводят выпрямленный ток отрицательной полярности при напряжении 30—60 кВ. Осадительный электрод

Рис. 96. Принципиальная схема электрофильтра (а) и схема элек­трического осаждения частиц (б)

обычно заземляв й йоДкЛЮчают к положительному Полюсу вы­прямителя.

Агрегат питания электрофильтра состоит из рубильника Р, пре­дохранителей 8, регулятора напряжения 7, преобразователя на­пряжения 6 и выпрямителя 5. Промышленность выпускает агре­гаты питания типа АФАС, АУФ, АТФ. Их обычно поставляют в комплекте с электрофильтрами.

В пространстве между коронирующим 2 и осадительным 6 электродами (рис. 96, б) при достаточно высоком напряжении, создаваемом агрегатом электропитания /, у поверхности корони-рующего электрода происходит ударная ионизация газа. Резуль­тат такой ионизации — коронный разряд с максимальной интенсив­ностью в области коронирующего электрода. Под действием элек­трического поля свободные электроны 4 и молекулы газа 3 дви­жутся по направлению силовых линий поля, поэтому в межэлект­родном промежутке возникает электрический ток. Частицы пыли 5, вследствие адсорбции на их поверхности электронов, приобре­тают электрический заряд и под влиянием сил электрического по­ля движутся к электродам и осаждаются на них. Основная часть частиц осаждается на осадительном электроде, а некоторые попа­дают на коронирующий электрод. В результате встряхивания пыль с электродов попадает в пылевой бункер 1 (см. рис. 96, а) элек­трофильтра.

Напряженность поля на расстоянии х от оси коронирующего электрода определяют по формуле

Е ^U

2,3 lg <*!//?,) '

где U — напряжение, приложенное к электродам, В; R\ и #₂ — радиусы коронирующего и осадительного. электродов.

Напряжение, при котором возникает коронный разряд, назы­вают критическим £/_кр. Его определяют по формуле Пика (В/м):

t/_Kp» 3,04.10«{р +:0,0311 УРГ), (108)

где р — отношение плотностей газа в рабочих и стандартных ус­ловиях, ri — радиус коронирующего электрода, м.

Для определения (3 используют следующую формулу:

Р = (^бар ± Р) 101,3.104273 + 0 *

где Рбар — барометрическое давление, кПа; Р — разрежение или избыточное давление в аппарате, кПа; t — температура газов, °С.

Формула Пика получена для электродов круглого сечения. Ко­ронирующий разряд получают при высоких напряжениях, дости­гающих 60 кВ. При значительном превышении напряжения ука­занного значения на электродах возникает пробой газового прост­ранства.

Процесс улавливания пыли в электрическом поле состоит из следующих последовательных стадий: наведения заряда на взвешенные в газе чястгйцы; движения заряженных частиц к электро­дам; осаждения частиц на электродах и удаления частиц с элек­тродов.

Частицы с диаметром более 1 мкм заряжаются ионами, дви­жущимися в поле электрических сил, а частицы мельче 0,2 мкм — ионами в результате теплового движения молекул. В поле корон­ного разряда частицы заряжаются достаточно быстро — за 0,1—

U,xЈ С.

Заряженные частицы движутся к электродам под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра. Под действием аэродинамических сил газового потока ча­стица движется со скоростью, близкой к скорости движения газа (0,2—2 м/с). Сила взаимодействия электрического поля и заряда частицы определяет характер движения частицы к электроду и зависит от размера частицы и напряженности электрического поля.

Заряженная частица движется в направлении, перпендикуляр­ном осадительному электроду. Скорость дрейфа v_a (м/с) в элек­трофильтре определяют по формуле

»_д = 0,059-10-^1в_ь£Ч,/|1, (109)

где Е — напряженность электрического поля, В/м; d₄ — диаметр частицы, м; ^ — вязкость среды, Па-с.

Данная формула справедлива для частиц диаметром от 2 до 50 мкм. В результате расчетов по формуле (109) установлено, что скорость движения частиц с диаметром более 1 мкм пропорцио­нальна диаметру частицы. Скорость движения частицы с диамет­ром менее 1 мкм зависит только от напряженности электрического поля.

Силы тяжести не оказывают заметного влияния на скорость движения частиц, поэтому эти силы при расчетах обычно не учи­тывают.

Под электрическим ветром понимают направленное движение к осадительному электроду газовых молекул в результате меха­нического воздействия на них потока ионов в межэлектродном про­странстве. Электрический ветер увлекает мелкие частицы пыли к осадительному электроду. Скорость электрического ветра состав­ляет 0,5—1 м/с. Вследствие незначительности влияния электриче­ского ветра на скорость движения частиц его обычно не учиты­вают.

Осаждение частиц на электродах зависит от электропроводно­сти частиц и их размеров, скорости движения газов в межэлект­родном пространстве, температуры и влажности газов и других факторов. Заряженная частица при контакте с осадительным элек­тродом разряжается. После разрядки частица получает заряд, одинаковый со знаком осадительного электрода. Если величина этого заряда превышает силы сцепления частицы с электродом, то начнут проявляться силы отталкивания.

При электрической очистке газов на коронирующий электрод обычно подают выпрямленный ток отрицательной полярности. При этом в межэлектродном пространстве удается поддерживать бо­лее высокое напряжение без искрового пробоя, чем при подаче на коронирующий электрод положительного напряжения. Так, к. п. д. электрофильтра составляет 50—80 % при положительно заряжен­ном коронирующем электроде и достигает 99,9 %, если он заря­жен отрицательно.

В сухих электрофильтрах пыль удаляют с электродов встряхи­ванием, а в мокрых — промывкой.

К преимуществам электрофильтров относят:

возможность получения любых степеней очистки, газов, вплоть до 99,9%;

возможность очищать газы при высоких температурах и дав­лениях;

низкие эксплуатационные затраты;

небольшое гидравлическое сопротивление (до 150 Па);

незначительный расход электроэнергии;

возможность очищать газы с различной концентрацией пыли.

Недостатки электрофильтров следующие:

большая металлоемкость и громоздкость;

необходимость значительных капитальных затрат на сооруже­ние аппаратов;

высокая чувствительность процесса очистки к изменениям (от­клонениям) технологического режима;

необходимость высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Дата добавления: 2015-07-10