Elektrické čistenie plynov - fyzikálny základ činnosti elektrostatických odlučovačov

Ak cez zónu pôsobenia silného elektrického poľa prejdete prašný plyn, tak teoreticky prachové častice získať elektrický náboj a začne sa zrýchľovať, pričom sa bude pohybovať po siločiarach elektrického poľa k elektródam, po ktorých nasleduje ukladanie na ne.

V podmienkach rovnomerného elektrického poľa však nebude možné dosiahnuť nárazovú ionizáciu s tvorbou hmotnostných iónov, pretože v tomto prípade určite dôjde k zničeniu medzery medzi elektródami.

Ak je však elektrické pole nehomogénne, potom nárazová ionizácia nepovedie k rozpadu medzery. Dá sa to dosiahnuť napríklad aplikáciou dutý cylindrický kondenzátor, v blízkosti centrálnej elektródy, na ktorej bude napätie elektrického poľa E oveľa väčšie ako v blízkosti vonkajšej valcovej elektródy.

V blízkosti centrálnej elektródy bude sila elektrického poľa maximálna, pri pohybe od nej k vonkajšej elektróde sa sila E najskôr rýchlo a výrazne zníži a potom bude naďalej klesať, ale pomalšie.

Zvýšením napätia aplikovaného na elektródy najskôr získame konštantný saturačný prúd a ďalším zvýšením napätia budeme môcť pozorovať zvýšenie intenzity elektrického poľa na centrálnej elektróde na kritickú hodnotu a začiatok výboja. ionizácia v jeho blízkosti.

Pri ďalšom zvyšovaní napätia sa nárazová ionizácia rozšíri na čoraz väčšiu plochu vo valci a zvýši sa prúd v medzere medzi elektródami.

V dôsledku toho dôjde ku korónovému výboju generovanie iónov bude dostatočné na nabitie prachových častíc, hoci k definitívnemu prelomeniu medzery nikdy nedôjde.

Na získanie korónového výboja za účelom nabitia prachových častíc v plyne je vhodný nielen valcový kondenzátor, ale aj iná konfigurácia elektród, ktoré môžu medzi nimi vytvoriť nehomogénne elektrické pole.

Napríklad rozšírené elektrofiltre, v ktorom sa pomocou série výbojových elektród namontovaných medzi rovnobežnými doskami vytvára nehomogénne elektrické pole.

Stanovenie kritického napätia a kritického napätia, pri ktorom sa vyskytuje koróna, sa uskutočňuje na základe zodpovedajúcich analytických závislostí.

V nehomogénnom elektrickom poli sa medzi elektródami vytvoria dve oblasti s rôznym stupňom nehomogenity. Oblasť koróny podporuje tvorbu iónov s opačným znamienkom a voľných elektrónov v blízkosti tenkej elektródy.

Voľné elektróny spolu so zápornými iónmi sa ponáhľajú na kladnú vonkajšiu elektródu, kde jej dávajú záporný náboj.

Koróna sa tu vyznačuje značným objemom a hlavný priestor medzi elektródami je vyplnený voľnými elektrónmi a záporne nabitými iónmi.

V rúrkových elektrostatických odlučovačoch sa plyn, ktorý sa má zbaviť prachu, vedie cez vertikálne rúrky s priemerom 20 až 30 cm s 2 až 4 mm elektródami natiahnutými pozdĺž centrálnej osi rúrok. Rúrka je zberná elektróda, keďže zachytený prach sa usadzuje na jej vnútornom povrchu.

Doskový odlučovač má rad výbojových elektród v strede medzi platňami a prach sa usadzuje na platniach.Pri prechode prachového plynu takýmto odlučovačom sa na prachové častice absorbujú ióny a tým sa častice rýchlo nabijú. Počas nabíjania sa prachové častice zrýchľujú, keď sa pohybujú smerom k zbernej elektróde.

Determinanty rýchlosti pohybu prachu vo vonkajšej zóne korónový výboj sú interakciou elektrického poľa s nábojom častíc a aerodynamickou silou vetra.

Sila, ktorá spôsobuje pohyb častíc prachu smerom k zbernej elektróde – Coulombova sila interakcie náboja častíc s elektrickým poľom elektród… Keď sa častica pohybuje smerom k zbernej elektróde, aktívna coulombova sila je vyvážená silou odporu hlavy. Rýchlosť driftu častice na zbernú elektródu sa dá vypočítať porovnaním týchto dvoch síl.

Kvalita ukladania častíc na elektróde je ovplyvnená takými faktormi, ako sú: veľkosť častíc, ich rýchlosť, vodivosť, vlhkosť, teplota, kvalita povrchu elektródy atď.Najdôležitejší je však elektrický odpor prachu. Najväčší odpor prach je rozdelený do skupín:

Prach so špecifickým elektrickým odporom menším ako 104 Ohm * cm

Keď sa takáto častica dostane do kontaktu s kladne nabitou zbernou elektródou, okamžite stratí svoj záporný náboj a na elektróde okamžite získa kladný náboj. V tomto prípade môžu byť častice okamžite ľahko odnesené z elektródy a účinnosť čistenia sa zníži.

Prach so špecifickým elektrickým odporom 104 až 1010 Ohm * cm.

Takýto prach sa dobre usadzuje na elektróde, ľahko sa vytrasie z potrubia, filter funguje veľmi efektívne.

Prach so špecifickým elektrickým odporom viac ako 1010 Ohm * cm.

Prach nie je ľahko zachytávaný elektrostatickým odlučovačom. Vyzrážané častice sú vyvrhované veľmi pomaly, vrstva záporne nabitých častíc na elektróde sa stáva hrubšou. Nabitá vrstva zabraňuje usadzovaniu novo prichádzajúcich častíc. Účinnosť čistenia klesá.

Prach s najvyšším elektrickým odporom — magnezit, sadra, oxidy olova, zinok atď. Čím vyššia je teplota, tým intenzívnejšie sa najprv zvyšuje odolnosť voči prachu (odparovaním vlhkosti) a potom odpor klesá. Navlhčením plynu a pridaním niektorých činidiel (alebo častíc sadzí, koksu) môžete znížiť odolnosť prachu.

Pri vstupe do filtra môže byť časť prachu zachytená plynom a opäť odnesená, čo závisí od rýchlosti plynu a priemeru zbernej elektródy. Sekundárne unášanie je možné znížiť okamžitým opláchnutím už zachyteného prachu vodou.

Prúdová charakteristika filtra je určená niektorými technologickými faktormi.Čím vyššia je teplota, tým vyšší je korónový prúd; stabilné prevádzkové napätie filtra však klesá v dôsledku poklesu prierazného napätia. Vyššia vlhkosť znamená nižší korónový prúd. Vyššia rýchlosť plynu znamená nižší prúd.

Čím je plyn čistejší – čím vyšší je korónový prúd, tým je plyn prašnejší – tým nižší je korónový prúd. Pointa je, že ióny sa pohybujú viac ako 1000-krát rýchlejšie ako prach, takže keď sú častice nabité, korónový prúd klesá a čím viac prachu je vo filtri, tým nižší je korónový prúd.

V extrémne prašných podmienkach (Z1 25 až 35 g/m23) môže korónový prúd klesnúť takmer na nulu a filter prestane fungovať. Toto sa nazýva uzamykanie korunky.

Uzamknutá koróna má za následok nedostatok iónov na poskytnutie dostatočného náboja prachovým časticiam. Hoci sa korunka zriedka úplne uzamkne, elektrostatický odlučovač nefunguje dobre v prašnom prostredí.

V hutníctve sa najčastejšie používajú doskové elektrofiltry vyznačujúce sa vysokou účinnosťou, odstraňujúce až 99,9 % prachu pri nízkej spotrebe energie.

Pri výpočte elektrofiltra sa počíta jeho výkon, účinnosť prevádzky, spotreba energie na vytvorenie koróny, ako aj prúd elektród. Výkon filtra sa zistí podľa oblasti jeho aktívnej časti:

Pri znalosti oblasti aktívnej časti elektrofiltra sa pomocou špeciálnych tabuliek vyberie vhodný dizajn filtra. Ak chcete zistiť účinnosť filtra, použite vzorec:

Ak je veľkosť prachových častíc úmerná strednej voľnej dráhe molekúl plynu (asi 10-7 m), potom rýchlosť ich odchýlky možno nájsť podľa vzorca:

Rýchlosť unášania veľkých aerosólových častíc sa zistí podľa vzorca:

Účinnosť filtra pre každú frakciu prachu sa vyrába samostatne, potom sa stanoví celková účinnosť elektrostatického odlučovača:

Pracovná intenzita elektrického poľa vo filtri závisí od jeho konštrukcie, vzdialenosti medzi elektródami, polomeru korónových elektród a pohyblivosti iónov. Zvyčajný rozsah prevádzkového napätia pre elektrofilter je od 15 * 104 do 30 * 104 V / m.

Straty trením sa zvyčajne nevypočítavajú, ale jednoducho sa predpokladajú, že sú 200 Pa. Spotreba energie na vytvorenie koróny sa zistí podľa vzorca:

Prúd pri zbere hutníckeho prachu je stanovený takto:

Medzielektródová vzdialenosť elektrofiltra závisí od jeho konštrukcie. Dĺžka zberných elektród sa volí v závislosti od požadovaného stupňa zachytávania prachu.

Elektrostatické odlučovače sa vo všeobecnosti nepoužívajú na zachytávanie prachu z čistých dielektrík a čistých vodičov. Problém je v tom, že vysoko vodivé častice sa ľahko nabíjajú, ale sú tiež rýchlo vyvrhnuté na zbernej elektróde, a preto sú okamžite odstránené z prúdu plynu.

Dielektrické častice sa usadzujú na zbernej elektróde, znižujú jej náboj a vedú k tvorbe reverznej koróny, ktorá bráni správnemu fungovaniu filtra. Bežný prevádzkový obsah prachu pre elektrostatický odlučovač je nižší ako 60 g/m23 a maximálna teplota, pri ktorej sa elektrostatické odlučovače používajú, je +400 °C.

Pozri tiež na túto tému:

Elektrostatické filtre — zariadenie, princíp činnosti, oblasti použitia