Električno čiščenje plina - fizikalna osnova delovanja elektrofiltrov

Če prašni plin spustimo skozi območje delovanja močnega električnega polja, potem teoretično prašni delci pridobijo električni naboj in se bo začelo pospeševati, premikati vzdolž silnic električnega polja do elektrod, čemur bo sledilo odlaganje na njih.

Vendar pa v pogojih enakomernega električnega polja ne bo mogoče doseči udarne ionizacije z nastajanjem masnih ionov, saj bo v tem primeru zagotovo prišlo do uničenja reže med elektrodama.

Če pa je električno polje nehomogeno, udarna ionizacija ne bo povzročila razpada reže. To je mogoče doseči na primer z uporabo votli cilindrični kondenzator, v bližini centralne elektrode, na kateri bo napetost električnega polja E veliko večja kot v bližini zunanje cilindrične elektrode.

V bližini osrednje elektrode bo električna poljska jakost največja, medtem ko se bo oddaljevala od nje do zunanje elektrode, se bo jakost E najprej hitro in občutno zmanjšala, nato pa še naprej upadala, vendar počasneje.

S povečanjem napetosti na elektrodah najprej pridobimo konstanten tok nasičenja, z nadaljnjim povečevanjem napetosti pa bomo lahko opazili porast električne poljske jakosti na centralni elektrodi do kritične vrednosti in začetek sunka ionizacija blizu njega.

Z nadaljnjim povečevanjem napetosti se bo udarna ionizacija razširila na vedno večjo površino v valju in tok v reži med elektrodama se bo povečal.

Posledično bo prišlo do koronske razelektritve, torej nastajanje ionov bo zadostovalo za polnjenje prašnih delcev, čeprav dokončne prekinitve vrzeli ne bo nikoli.

Za pridobitev koronskega praznjenja za polnjenje prašnih delcev v plinu ni primeren samo cilindrični kondenzator, temveč tudi drugačna konfiguracija elektrod, ki lahko zagotovijo nehomogeno električno polje med njimi.

Na primer, razširjena elektrofiltri, v katerem se nehomogeno električno polje proizvaja z uporabo niza razelektritvenih elektrod, nameščenih med vzporednimi ploščami.

Določanje kritične napetosti in kritične napetosti, pri kateri pride do korone, je narejeno zaradi ustreznih analitičnih odvisnosti.

V nehomogenem električnem polju nastaneta med elektrodama dve regiji z različno stopnjo nehomogenosti. Koronsko območje spodbuja generiranje ionov nasprotnega predznaka in prostih elektronov v bližini tanke elektrode.

Prosti elektroni skupaj z negativnimi ioni hitijo do pozitivne zunanje elektrode, kjer ji dajo svoj negativni naboj.

Korona se tukaj odlikuje po velikem volumnu, glavni prostor med elektrodama pa je napolnjen s prostimi elektroni in negativno nabitimi ioni.

V cevnih elektrofiltrih se plin, ki ga je treba odprašiti, vodi skozi navpične cevi s premerom 20 do 30 cm z elektrodami 2-4 mm, raztegnjenimi vzdolž središčne osi cevi. Cev je zbirna elektroda, saj se ujeti prah usede na njeno notranjo površino.

Ploščni filtrir ima vrsto razelektritvenih elektrod, ki so sredi plošče, na ploščah pa se useda prah.Ko gre prašni plin skozi tak filtrir, se na prašnih delcih absorbirajo ioni in tako se delci hitro naelektrijo. Med polnjenjem se prašni delci pospešeno premikajo proti zbirni elektrodi.

Determinante hitrosti gibanja prahu v zunanjem območju koronska razelektritev sta interakcija električnega polja z nabojem delcev in aerodinamična sila vetra.

Sila, ki povzroči premikanje prašnih delcev proti zbirni elektrodi— Coulombova sila interakcije naboja delcev z električnim poljem elektrod… Ko se delec premika proti zbiralni elektrodi, je aktivna kulonska sila uravnotežena s silo upora glave. Hitrost odnašanja delca do zbiralne elektrode je mogoče izračunati z enačenjem teh dveh sil.

Na kakovost nanosa delcev na elektrodo vplivajo dejavniki, kot so: velikost delcev, njihova hitrost, prevodnost, vlažnost, temperatura, kakovost površine elektrode itd.Najpomembnejša stvar pa je električni upor prahu. Največji odpornost Prah je razdeljen v skupine:

Prah s specifičnim električnim uporom, manjšim od 104 Ohm * cm

Ko tak delec pride v stik s pozitivno nabito zbiralno elektrodo, takoj izgubi svoj negativni naboj in takoj pridobi pozitiven naboj na elektrodi. V tem primeru lahko delec takoj zlahka odnese stran od elektrode in učinkovitost čiščenja se zmanjša.

Prah s specifičnim električnim uporom od 104 do 1010 Ohm * cm.

Takšen prah se dobro usede na elektrodo, zlahka se strese iz cevi, filter deluje zelo učinkovito.

Prah s specifičnim električnim uporom nad 1010 Ohm * cm.

Prah se ne ujame zlahka z elektrostatičnim filtrom. Izločeni delci se izločajo zelo počasi, plast negativno nabitih delcev na elektrodi postane debelejša. Nabita plast preprečuje odlaganje novo prispelih delcev. Učinkovitost čiščenja se zmanjša.

Prah z največjim električnim uporom — magnezit, sadra, svinčevi oksidi, cinkovi itd. Višja kot je temperatura, intenzivneje se najprej poveča odpornost proti prahu (zaradi izhlapevanja vlage), nato pa pada. Z navlaženjem plina in dodajanjem nekaterih reagentov (ali delcev saj, koksa) lahko zmanjšate odpornost prahu.

Ob vstopu v filter lahko plin pobere nekaj prahu in ga ponovno odnese, to je odvisno od hitrosti plina in premera zbirne elektrode. Sekundarni vnos lahko zmanjšate s takojšnjim izpiranjem že ujetega prahu z vodo.

Tokovno-napetostna karakteristika filtra določajo nekateri tehnološki dejavniki.Višja kot je temperatura, večji je koronski tok; vendar se stabilna delovna napetost filtra zmanjša zaradi zmanjšanja prebojne napetosti. Višja vlažnost pomeni nižji koronski tok. Večja hitrost plina pomeni manjši tok.

Čistejši kot je plin - višji koronski tok, bolj prašen je plin - manjši je koronski tok. Bistvo je, da se ioni premikajo več kot 1000-krat hitreje kot prah, zato se koronski tok, ko so delci nabiti, zmanjša in več prahu kot je v filtru, nižji je koronski tok.

Pri izjemno prašnih pogojih (Z1 25 do 35 g / m23) lahko korona tok pade skoraj na nič in filter preneha delovati. To se imenuje zaklepanje krone.

Zaklenjena korona povzroči pomanjkanje ionov, ki bi zagotovili zadosten naboj za prašne delce. Čeprav se krona redko popolnoma zaklene, elektrostatični filter ne deluje dobro v prašnem okolju.

V metalurgiji se najpogosteje uporabljajo ploščni elektrofiltri, za katere je značilna visoka učinkovitost, saj odstranijo do 99,9 % prahu ob nizki porabi energije.

Pri izračunu elektrofiltra se izračunajo njegova zmogljivost, učinkovitost delovanja, poraba energije za ustvarjanje korone, pa tudi tok elektrod. Učinkovitost filtra je določena s površino njegovega aktivnega dela:

Ob poznavanju območja aktivnega odseka elektrofiltra se s posebnimi tabelami izbere ustrezna zasnova filtra. Če želite ugotoviti učinkovitost filtra, uporabite formulo:

Če je velikost prašnih delcev sorazmerna s povprečno prosto potjo molekul plina (približno 10-7 m), potem lahko hitrost njihovega odstopanja najdemo s formulo:

Hitrost odnašanja velikih aerosolnih delcev se izračuna po formuli:

Učinkovitost filtra za vsako frakcijo prahu se izdela posebej, nakar se ugotovi celotna učinkovitost elektrofiltra:

Delovna jakost električnega polja v filtru je odvisna od njegove konstrukcije, razdalje med elektrodama, polmera koronskih elektrod in mobilnosti ionov. Običajno območje delovne napetosti za elektrofilter je od 15 * 104 do 30 * 104 V / m.

Izgube zaradi trenja običajno niso izračunane, ampak se preprosto predpostavi, da znašajo 200 Pa. Porabo energije za ustvarjanje korone najdemo po formuli:

Tok pri zbiranju metalurškega prahu je določen na naslednji način:

Medelektrodna razdalja elektrofiltra je odvisna od njegove konstrukcije. Dolžina zbirnih elektrod je izbrana glede na zahtevano stopnjo zbiranja prahu.

Elektrostatični filtri se na splošno ne uporabljajo za zajemanje prahu iz čistih dielektrikov in čistih prevodnikov. Težava je v tem, da se zelo prevodni delci zlahka naelektrijo, vendar se tudi hitro izvržejo na zbiralni elektrodi in se zato takoj odstranijo iz toka plina.

Dielektrični delci se usedejo na zbiralno elektrodo, zmanjšajo njen naboj in povzročijo nastanek reverzne korone, ki onemogoča pravilno delovanje filtra. Običajna delovna vsebnost prahu za elektrofiltre je pod 60 g / m23, najvišja temperatura, pri kateri se uporabljajo elektrofiltri, pa je +400 °C.

Glej tudi na to temo:

Elektrostatični filtri — naprava, princip delovanja, področja uporabe