Curățarea electrică a gazelor - baza fizică a funcționării precipitatoarelor electrostatice

Dacă treceți un gaz prăfuit prin zona de acțiune a unui câmp electric puternic, atunci teoretic particule de praf dobândește o sarcină electrică și va începe să accelereze, deplasându-se de-a lungul liniilor de forță ale câmpului electric către electrozi, urmată de depunere pe aceștia.

Cu toate acestea, în condițiile unui câmp electric uniform, nu va fi posibilă obținerea ionizării de impact cu generarea de ioni de masă, deoarece în acest caz va avea loc cu siguranță distrugerea decalajului dintre electrozi.

Dar dacă câmpul electric este neomogen, atunci ionizarea de impact nu va duce la distrugerea decalajului. Acest lucru poate fi realizat, de exemplu, prin aplicare condensator cilindric gol, în apropierea electrodului central, la care tensiunea câmpului electric E va fi mult mai mare decât în ​​apropierea electrodului cilindric exterior.

În apropierea electrodului central, intensitatea câmpului electric va fi maximă, în timp ce se va îndepărta de acesta la electrodul exterior, puterea E va scădea mai întâi rapid și semnificativ, apoi va continua să scadă, dar mai lent.

Prin creșterea tensiunii aplicate electrozilor, obținem mai întâi un curent de saturație constant, iar prin creșterea în continuare a tensiunii, vom putea observa o creștere a intensității câmpului electric la electrodul central până la o valoare critică și începutul șocului. ionizare în apropierea acestuia.

Pe măsură ce tensiunea crește în continuare, ionizarea de impact se va răspândi pe o zonă din ce în ce mai mare a cilindrului, iar curentul din spațiul dintre electrozi va crește.

Ca urmare, va avea loc o descărcare corona generarea de ioni va fi suficientă pentru a încărca particulele de praf, deși ruperea finală a decalajului nu se va întâmpla niciodată.

Pentru a obține o descărcare corona pentru a încărca particulele de praf într-un gaz, este potrivit nu numai un condensator cilindric, ci și o configurație diferită de electrozi care pot asigura un câmp electric neomogen între ei.

De exemplu, pe scară largă electrofiltre, în care se produce un câmp electric neomogen folosind o serie de electrozi de descărcare montați între plăci paralele.

Determinarea tensiunii critice și a tensiunii critice la care apare corona se face datorită dependențelor analitice corespunzătoare.

Într-un câmp electric neomogen, între electrozi se formează două regiuni cu grade diferite de neomogenitate. Regiunea corona promovează generarea de ioni cu semn opus și electroni liberi în apropierea electrodului subțire.

Electronii liberi, împreună cu ionii negativi, se îndreaptă spre electrodul exterior pozitiv, unde îi dau sarcina lor negativă.

Corona se distinge aici printr-un volum semnificativ, iar spațiul principal dintre electrozi este umplut cu electroni liberi și ioni încărcați negativ.

În precipitatoarele electrostatice tubulare, gazul de desprafuit este trecut prin tuburi verticale cu diametrul de 20 până la 30 cm, cu electrozi de 2 — 4 mm întinși de-a lungul axelor centrale ale tuburilor. Tubul este un electrod colector, deoarece praful prins se depune pe suprafața sa interioară.

Un precipitator cu plăci are un rând de electrozi de descărcare centrați între plăci, iar praful se depune pe plăci.Când un gaz praf trece printr-un astfel de precipitator, ionii sunt absorbiți de particulele de praf și astfel particulele sunt încărcate rapid. În timpul încărcării, particulele de praf sunt accelerate pe măsură ce se deplasează spre electrodul colector.

Determinanți ai vitezei de mișcare a prafului în zona exterioară descărcare corona sunt interacțiunea câmpului electric cu sarcina particulelor și forța aerodinamică a vântului.

Forța care face ca particulele de praf să se deplaseze către electrodul colector— Forța Coulomb de interacțiune a sarcinii particulelor cu câmpul electric al electrozilor… Pe măsură ce particula se mișcă spre electrodul colector, forța activă de coulomb este echilibrată de forța de tracțiune a capului. Viteza de deplasare a unei particule către electrodul colector poate fi calculată prin echivalarea acestor două forțe.

Calitatea depunerii particulelor pe electrod este afectată de factori precum: dimensiunea particulelor, viteza lor, conductivitate, umiditate, temperatură, calitatea suprafeței electrodului etc.Dar cel mai important lucru este rezistența electrică a prafului. Cel mai mare rezistenţă praful este împărțit în grupuri:

Praf cu o rezistență electrică specifică mai mică de 104 Ohm * cm

Când o astfel de particulă intră în contact cu un electrod colector încărcat pozitiv, își pierde imediat sarcina negativă, dobândind instantaneu o sarcină pozitivă pe electrod. În acest caz, particula poate fi imediat îndepărtată cu ușurință de electrod, iar eficiența curățării va scădea.

Praf cu o rezistență electrică specifică de 104 până la 1010 Ohm * cm.

Un astfel de praf se depune bine pe electrod, este ușor scuturat din țeavă, filtrul funcționează foarte eficient.

Praf cu o rezistență electrică specifică mai mare de 1010 Ohm * cm.

Praful nu este ușor de captat de precipitatorul electrostatic. Particulele precipitate sunt ejectate foarte lent, stratul de particule încărcate negativ de pe electrod devine mai gros. Stratul încărcat previne depunerea particulelor nou sosite. Eficiența curățării scade.

Praful cu cea mai mare rezistență electrică — magnezit, gips, oxizi de plumb, zinc etc. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât mai intens crește mai întâi rezistența la praf (din cauza evaporării umidității), apoi rezistența scade. Prin umezirea gazului și adăugarea unor reactivi (sau particule de funingine, cocs), puteți reduce rezistența prafului.

La intrarea în filtru, o parte din praf poate fi preluată de gaz și transportată din nou, aceasta depinde de viteza gazului și de diametrul electrodului colector. Antrenarea secundară poate fi redusă prin clătirea imediată a prafului deja prins cu apă.

Caracteristica curent-tensiune a filtrului este determinată de unii factori tehnologici.Cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare curentul corona; totuși, tensiunea stabilă de funcționare a filtrului scade din cauza scăderii tensiunii de avarie. Umiditatea mai mare înseamnă un curent corona mai scăzut. Viteza mai mare a gazului înseamnă un curent mai mic.

Cu cât gazul este mai curat - cu atât curentul corona este mai mare, cu atât gazul este mai praf - cu atât curentul corona este mai mic. Concluzia este că ionii se mișcă de peste 1000 de ori mai repede decât praful, așa că atunci când particulele sunt încărcate, curentul corona scade și cu cât este mai mult praf în filtru, cu atât este mai mic curentul corona.

Pentru condiții extrem de praf (Z1 25 până la 35 g / m23) curentul corona poate scădea aproape la zero și filtrul nu va mai funcționa. Aceasta se numește blocarea coroanei.

O coroană blocată are ca rezultat o lipsă de ioni pentru a asigura o încărcare suficientă particulelor de praf. Deși coroana rareori se blochează complet, precipitatorul electrostatic nu funcționează bine în medii cu praf.

În metalurgie se folosesc cel mai des electrofiltrele cu plăci, caracterizate prin eficiență ridicată, eliminând până la 99,9% din praf cu un consum redus de energie.

Atunci când se calculează un electrofiltru, se calculează performanța acestuia, eficiența funcționării, consumul de energie pentru a crea o coroană, precum și curentul electrozilor. Performanța filtrului se găsește în zona secțiunii sale active:

Cunoscând zona secțiunii active a electrofiltrului, se selectează un design adecvat al filtrului folosind tabele speciale. Pentru a găsi eficiența filtrului, utilizați formula:

Dacă dimensiunea particulelor de praf este proporțională cu calea liberă medie a moleculelor de gaz (aproximativ 10-7m), atunci viteza abaterii lor poate fi găsită prin formula:

Viteza de derivă a particulelor mari de aerosoli se găsește prin formula:

Eficiența filtrului pentru fiecare fracție de praf este produsă separat, după care se stabilește eficiența generală a precipitatorului electrostatic:

Intensitatea de operare a câmpului electric din filtru depinde de construcția acestuia, de distanța dintre electrozi, de raza electrozilor corona și de mobilitatea ionilor. Gama obișnuită de tensiune de funcționare pentru un electrofiltru este de la 15 * 104 până la 30 * 104 V / m.

Pierderile prin frecare nu sunt de obicei calculate, ci pur și simplu presupuse a fi de 200 Pa. Consumul de energie pentru a crea o coroană se găsește după formula:

Curentul la colectarea prafului metalurgic se stabilește după cum urmează:

Distanța dintre electrozi a electrofiltrului depinde de construcția acestuia. Lungimea electrozilor colectori se alege in functie de gradul necesar de colectare a prafului.

Precipitatoarele electrostatice nu sunt utilizate în general pentru a capta praful din dielectricii curați și conductorii curați. Problema este că particulele foarte conductoare sunt ușor de încărcat, dar sunt, de asemenea, ejectate rapid la electrodul colector și, prin urmare, sunt îndepărtate imediat din fluxul de gaz.

Particulele dielectrice se depun pe electrodul colector, reduc sarcina acestuia și duc la formarea coroanei inverse, care împiedică funcționarea corectă a filtrului. Conținutul normal de praf de funcționare pentru precipitatorul electrostatic este sub 60 g / m23, iar temperatura maximă la care sunt utilizate precipitatoarele electrostatice este de +400 ° C.

Vezi și pe acest subiect:

Filtre electrostatice — dispozitiv, principiu de funcționare, domenii de aplicare