Elektriskā gāzes tīrīšana - elektrostatisko filtru darbības fizikālais pamats

Ja jūs izlaižat putekļainu gāzi caur spēcīga elektriskā lauka darbības zonu, tad teorētiski putekļu daļiņas iegūt elektrisko lādiņu un sāks paātrināties, virzoties pa elektriskā lauka spēka līnijām uz elektrodiem, kam sekos nogulsnēšanās uz tiem.

Tomēr vienmērīga elektriskā lauka apstākļos nebūs iespējams iegūt triecienjonizāciju ar masas jonu veidošanos, jo šajā gadījumā sprauga starp elektrodiem noteikti tiks iznīcināta.

Bet, ja elektriskais lauks ir neviendabīgs, tad trieciena jonizācija neizraisīs spraugas sadalīšanos. To var panākt, piemēram, piesakoties dobs cilindrisks kondensators, netālu no centrālā elektroda, uz kura elektriskā lauka spriegums E būs daudz lielāks nekā ārējā cilindriskā elektroda tuvumā.

Centrālā elektroda tuvumā elektriskā lauka stiprums būs maksimāls, savukārt, attālinoties no tā uz ārējo elektrodu, stiprums E vispirms ātri un ievērojami samazināsies, un pēc tam turpinās samazināties, bet lēnāk.

Palielinot elektrodiem pievadīto spriegumu, vispirms iegūstam pastāvīgu piesātinājuma strāvu, un, vēl vairāk palielinot spriegumu, varēsim novērot elektriskā lauka intensitātes pieaugumu pie centrālā elektroda līdz kritiskajai vērtībai un trieciena sākumu. jonizācija tās tuvumā.

Spriegumam vēl vairāk palielinoties, trieciena jonizācija izplatīsies arvien lielākā cilindra laukumā un palielināsies strāva spraugā starp elektrodiem.

Tā rezultātā notiks korona izlāde jonu ģenerēšana būs pietiekama, lai uzlādētu putekļu daļiņas, lai gan galīga atstarpes laušana nenotiks nekad.

Lai iegūtu koronaizlādi, lai gāzē uzlādētu putekļu daļiņas, ir piemērots ne tikai cilindrisks kondensators, bet arī atšķirīga elektrodu konfigurācija, kas starp tiem var nodrošināt neviendabīgu elektrisko lauku.

Piemēram, plaši izplatīta elektrofiltri, kurā tiek radīts nehomogēns elektriskais lauks, izmantojot virkni izlādes elektrodu, kas uzstādīti starp paralēlām plāksnēm.

Kritiskā spriedze un kritiskā spriedze, pie kuras rodas korona, tiek noteikta atbilstošo analītisko atkarību dēļ.

Neviendabīgā elektriskajā laukā starp elektrodiem veidojas divi apgabali ar dažādu neviendabīguma pakāpi. Koronas reģions veicina pretējās zīmes jonu un brīvo elektronu veidošanos tievā elektroda tuvumā.

Brīvie elektroni kopā ar negatīvajiem joniem steidzas uz pozitīvo ārējo elektrodu, kur piešķir tam savu negatīvo lādiņu.

Korona šeit izceļas ar ievērojamu tilpumu, un galvenā telpa starp elektrodiem ir piepildīta ar brīviem elektroniem un negatīvi lādētiem joniem.

Cauruļveida elektrostatiskajos nogulsnēs atputekļojamā gāze tiek izvadīta caur vertikālām caurulēm 20 līdz 30 cm diametrā ar 2 — 4 mm elektrodiem, kas izstiepti gar cauruļu centrālajām asīm. Caurule ir savācējs elektrods, jo notvertie putekļi nosēžas uz tās iekšējās virsmas.

Plākšņu uztvērējam ir izlādes elektrodu rinda, kas centrēta starp plāksnēm, un putekļi nosēžas uz plāksnēm.Kad putekļaina gāze iziet cauri šādam nogulsnētājam, joni tiek absorbēti uz putekļu daļiņām un tādējādi daļiņas tiek ātri uzlādētas. Uzlādes laikā putekļu daļiņas tiek paātrinātas, virzoties uz savākšanas elektrodu.

Putekļu kustības ātruma noteicošie faktori ārējā zonā korona izlāde ir elektriskā lauka mijiedarbība ar daļiņu lādiņu un aerodinamisko vēja spēku.

Spēks, kas liek putekļu daļiņām pārvietoties uz savākšanas elektrodu — Daļiņu lādiņa mijiedarbības kulona spēks ar elektrodu elektrisko lauku… Daļiņai virzoties uz savācējelektrodu, aktīvais kulona spēks tiek līdzsvarots ar galvas pretestības spēku. Daļiņas novirzes ātrumu uz savācējelektrodu var aprēķināt, pielīdzinot šos divus spēkus.

Daļiņu nogulsnēšanās kvalitāti uz elektroda ietekmē tādi faktori kā: daļiņu izmērs, to ātrums, vadītspēja, mitrums, temperatūra, elektroda virsmas kvalitāte u.c.Bet vissvarīgākā lieta ir putekļu elektriskā pretestība. Lielākais pretestība putekļi ir sadalīti grupās:

Putekļi, kuru īpatnējā elektriskā pretestība ir mazāka par 104 Ohm * cm

Kad šāda daļiņa nonāk saskarē ar pozitīvi lādētu savācējelektrodu, tā nekavējoties zaudē savu negatīvo lādiņu, uzreiz iegūstot pozitīvu lādiņu uz elektroda. Šajā gadījumā daļiņu var viegli noņemt no elektroda, un tīrīšanas efektivitāte samazināsies.

Putekļi ar īpatnējo elektrisko pretestību no 104 līdz 1010 Ohm * cm.

Šādi putekļi labi nosēžas uz elektroda, viegli tiek izkratīti no caurules, filtrs darbojas ļoti efektīvi.

Putekļi, kuru īpatnējā elektriskā pretestība ir lielāka par 1010 Ohm * cm.

Elektrostatiskais nogulsnētājs putekļus nevar viegli uztvert. Nogulsnētās daļiņas tiek izvadītas ļoti lēni, negatīvi lādētu daļiņu slānis uz elektroda kļūst biezāks. Uzlādētais slānis novērš tikko ienākošo daļiņu nogulsnēšanos. Tīrīšanas efektivitāte samazinās.

Putekļi ar vislielāko elektrisko pretestību — magnezīts, ģipsis, svina oksīdi, cinks uc Jo augstāka temperatūra, jo intensīvāk vispirms palielinās putekļu pretestība (mitruma iztvaikošanas dēļ), bet pēc tam pretestība samazinās. Mitrinot gāzi un pievienojot tai dažus reaģentus (vai kvēpu daļiņas, koksu), jūs varat samazināt putekļu pretestību.

Ieejot filtrā, daļu putekļu gāze var uzņemt un atkal aiznest, tas ir atkarīgs no gāzes ātruma un savācējelektroda diametra. Sekundāro iekļūšanu var samazināt, nekavējoties noskalojot jau ieslodzītos putekļus ar ūdeni.

Filtra strāvas-sprieguma raksturlielums nosaka daži tehnoloģiski faktori.Jo augstāka temperatūra, jo lielāka ir koronastrāva; tomēr filtra stabilais darba spriegums samazinās, jo samazinās pārrāvuma spriegums. Lielāks mitrums nozīmē mazāku koronastrāvu. Lielāks gāzes ātrums nozīmē mazāku strāvu.

Jo tīrāka gāze — jo lielāka koronastrāva, jo putekļaināka ir gāze —, jo mazāka ir koronastrāva. Būtība ir tāda, ka joni pārvietojas vairāk nekā 1000 reižu ātrāk nekā putekļi, tāpēc, kad daļiņas tiek uzlādētas, koronastrāva samazinās un jo vairāk putekļu ir filtrā, jo mazāka ir koronastrāva.

Īpaši putekļainos apstākļos (Z1 25 līdz 35 g/m23) koronastrāva var nokrist gandrīz līdz nullei un filtrs pārstāj darboties. To sauc par vainaga bloķēšanu.

Bloķēta korona rada jonu trūkumu, lai nodrošinātu pietiekamu lādiņu putekļu daļiņām. Lai gan vainags reti nofiksējas pilnībā, elektrostatiskais nogulsnētājs nedarbojas labi putekļainā vidē.

Metalurģijā visbiežāk tiek izmantoti plākšņu elektrofiltri, kam raksturīga augsta efektivitāte, kas ar zemu enerģijas patēriņu noņem līdz 99,9% putekļu.

Aprēķinot elektrofiltru, tiek aprēķināta tā veiktspēja, darbības efektivitāte, enerģijas patēriņš vainaga izveidošanai, kā arī elektrodu strāva. Filtra veiktspēju nosaka tā aktīvās sadaļas laukums:

Zinot elektrofiltra aktīvās sadaļas laukumu, tiek izvēlēts atbilstošs filtra dizains, izmantojot īpašas tabulas. Lai uzzinātu filtra efektivitāti, izmantojiet formulu:

Ja putekļu daļiņu izmērs ir samērīgs ar gāzes molekulu vidējo brīvo ceļu (apmēram 10-7m), tad to novirzes ātrumu var atrast pēc formulas:

Lielo aerosola daļiņu dreifēšanas ātrumu nosaka pēc formulas:

Filtra efektivitāte katrai putekļu frakcijai tiek ražota atsevišķi, pēc tam tiek noteikta elektrostatiskā filtra kopējā efektivitāte:

Elektriskā lauka darbības intensitāte filtrā ir atkarīga no tā konstrukcijas, attāluma starp elektrodiem, korona elektrodu rādiusa un jonu mobilitātes. Parastais elektrofiltra darba sprieguma diapazons ir no 15 * 104 līdz 30 * 104 V / m.

Berzes zudumus parasti neaprēķina, bet vienkārši pieņem, ka tie ir 200 Pa. Enerģijas patēriņu koronas izveidošanai nosaka pēc formulas:

Strāvu, savācot metalurģiskos putekļus, nosaka šādi:

Elektrofiltra attālums starp elektrodiem ir atkarīgs no tā konstrukcijas. Savācēju elektrodu garums tiek izvēlēts atkarībā no nepieciešamās putekļu savākšanas pakāpes.

Elektrostatiskos nogulsnes parasti neizmanto putekļu savākšanai no tīriem dielektriķiem un tīriem vadītājiem. Problēma ir tā, ka ļoti vadošās daļiņas ir viegli uzlādējamas, taču tās arī ātri tiek izmestas pie savācējelektroda un tāpēc nekavējoties tiek noņemtas no gāzes plūsmas.

Dielektriskās daļiņas nosēžas uz savācējelektroda, samazina tā lādiņu un izraisa reversās korona veidošanos, kas neļauj filtram pareizi darboties. Elektrostatiskā nogulsnētāja parastais darba putekļu saturs ir mazāks par 60 g / m23, un maksimālā temperatūra, kurā tiek izmantoti elektrostatiskie filtri, ir +400 ° C.

Skatīt arī par šo tēmu:

Elektrostatiskie filtri — ierīce, darbības princips, pielietojuma jomas