Elektrisk gasrensning - det fysiske grundlag for driften af ​​elektrostatiske udskillere

Hvis du passerer en støvet gas gennem virkningszonen af ​​et stærkt elektrisk felt, så er det teoretisk set støvpartikler få en elektrisk ladning og vil begynde at accelerere, bevæge sig langs kraftlinjerne i det elektriske felt til elektroderne, efterfulgt af aflejring på dem.

Men under betingelserne for et ensartet elektrisk felt vil det ikke være muligt at opnå stødionisering med generering af masseioner, da ødelæggelsen af ​​mellemrummet mellem elektroderne i dette tilfælde helt sikkert vil forekomme.

Men hvis det elektriske felt er inhomogent, vil stødioniseringen ikke føre til nedbrydning af kløften. Dette kan for eksempel opnås ved at ansøge hul cylindrisk kondensator, nær den centrale elektrode, på hvilken den elektriske feltspænding E vil være meget større end nær den ydre cylindriske elektrode.

I nærheden af ​​den centrale elektrode vil den elektriske feltstyrke være maksimal, mens man bevæger sig væk fra den til den ydre elektrode, vil styrken E først hurtigt og signifikant falde og derefter fortsætte med at falde, men langsommere.

Ved at øge spændingen på elektroderne opnår vi først en konstant mætningsstrøm, og ved yderligere at øge spændingen vil vi kunne observere en stigning i den elektriske feltstyrke ved den centrale elektrode til en kritisk værdi og begyndelsen af ​​stød ionisering i nærheden af ​​det.

Efterhånden som spændingen øges yderligere, vil stødioniseringen brede sig over et stadig større område i cylinderen, og strømmen i mellemrummet mellem elektroderne vil stige.

Som følge heraf vil der opstå en coronaudladning iongenerering vil være tilstrækkelig til at oplade støvpartikler, selvom den endelige brud på kløften aldrig vil ske.

For at opnå en koronaudladning for at oplade støvpartikler i en gas, er ikke kun en cylindrisk kondensator egnet, men også en anden konfiguration af elektroder, der kan give et inhomogent elektrisk felt mellem dem.

For eksempel udbredt elektrofiltre, hvor et inhomogent elektrisk felt frembringes ved hjælp af en række afladningselektroder monteret mellem parallelle plader.

Bestemmelsen af ​​den kritiske spænding og den kritiske belastning, ved hvilken corona opstår, foretages på grund af de tilsvarende analytiske afhængigheder.

I et inhomogent elektrisk felt dannes to områder med forskellige grader af inhomogenitet mellem elektroderne. Corona-regionen fremmer dannelsen af ​​modsatte fortegnsioner og frie elektroner nær den tynde elektrode.

Frie elektroner, sammen med negative ioner, skynder sig til den positive ydre elektrode, hvor de giver den deres negative ladning.

Koronaen her er kendetegnet ved et betydeligt volumen, og hovedrummet mellem elektroderne er fyldt med frie elektroner og negativt ladede ioner.

I rørformede elektrostatiske udskillere ledes gassen, der skal afstøvs, gennem lodrette rør med en diameter på 20 til 30 cm, med 2 - 4 mm elektroder strakt langs rørenes midterakser. Røret er en opsamlingselektrode, da det fangede støv sætter sig på dets indre overflade.

En pladeudskiller har en række af udladningselektroder centreret mellem pladerne, og støvet sætter sig på pladerne Når en støvet gas passerer gennem en sådan udskiller, optages ioner på støvpartiklerne, og partiklerne oplades dermed hurtigt. Under opladning accelereres støvpartiklerne, når de bevæger sig mod opsamlingselektroden.

Determinanter for støvets bevægelseshastighed i den ydre zone corona udledning er det elektriske felts vekselvirkning med partikelladningen og den aerodynamiske vindkraft.

Kraften, der får støvpartikler til at bevæge sig mod opsamlingselektroden— Coulomb kraft af interaktion af ladningen af ​​partiklerne med elektrodernes elektriske felt… Når partiklen bevæger sig mod opsamlingselektroden, afbalanceres den aktive coulomb-kraft af hovedtrækkraften. En partikels afdriftshastighed til opsamlingselektroden kan beregnes ved at sidestille disse to kræfter.

Kvaliteten af ​​partikelaflejring på elektroden påvirkes af sådanne faktorer som: partikelstørrelse, deres hastighed, ledningsevne, fugtighed, temperatur, kvalitet af elektrodeoverfladen osv.Men det vigtigste er støvets elektriske modstand. Den største modstand støv er opdelt i grupper:

Støv med en specifik elektrisk modstand på mindre end 104 Ohm * cm

Når en sådan partikel kommer i kontakt med en positivt ladet opsamlingselektrode, mister den straks sin negative ladning og får øjeblikkeligt en positiv ladning på elektroden. I dette tilfælde kan partiklen med det samme let føres væk fra elektroden, og rengøringseffektiviteten vil falde.

Støv med en specifik elektrisk modstand på 104 til 1010 Ohm * cm.

Sådant støv sætter sig godt på elektroden, rystes let ud af røret, filteret fungerer meget effektivt.

Støv med en specifik elektrisk modstand på mere end 1010 Ohm * cm.

Støv opfanges ikke let af den elektrostatiske udskiller. De udfældede partikler udstødes meget langsomt, laget af negativt ladede partikler på elektroden bliver tykkere. Det ladede lag forhindrer aflejring af nyligt ankomne partikler. Rengøringseffektiviteten falder.

Støv med den højeste elektriske modstand — magnesit, gips, oxider af bly, zink osv. Jo højere temperatur, jo mere intenst stiger støvmodstanden først (på grund af fordampning af fugt), og derefter falder modstanden. Ved at fugte gassen og tilføje nogle reagenser (eller partikler af sod, koks), kan du reducere støvets modstand.

Ind i filteret kan noget af støvet blive opsamlet af gassen og ført væk igen, dette afhænger af gashastigheden og diameteren af ​​opsamlingselektroden. Sekundær medrivning kan reduceres ved straks at skylle det allerede indesluttede støv med vand.

Filterets strømspændingskarakteristik er bestemt af nogle teknologiske faktorer.Jo højere temperatur, jo højere er coronastrømmen; filterets stabile driftsspænding falder dog på grund af et fald i gennemslagsspændingen. Højere luftfugtighed betyder lavere coronastrøm. Højere gashastighed betyder lavere strøm.

Jo renere gassen - jo højere coronastrømmen, jo støvere er gassen - jo lavere coronastrømmen. Konklusionen er, at ionerne bevæger sig mere end 1000 gange hurtigere end støvet, så når partiklerne oplades, falder koronastrømmen og jo mere støv der er i filteret, jo lavere er koronastrømmen.

Ved ekstremt støvede forhold (Z1 25 til 35 g/m23) kan koronastrømmen falde til næsten nul, og filteret holder op med at virke. Dette kaldes kronelåsning.

En låst korona resulterer i mangel på ioner til at give tilstrækkelig ladning til støvpartiklerne. Selvom kronen sjældent låser fuldstændigt, klarer den elektrostatiske udskiller sig ikke godt i støvede omgivelser.

I metallurgien bruges pladeelektrofiltre oftest, kendetegnet ved høj effektivitet, der fjerner op til 99,9% støv med lavt energiforbrug.

Ved beregning af et elektrofilter beregnes dets ydeevne, driftseffektivitet, energiforbrug til at skabe en korona samt elektrodernes strøm. Filterets ydeevne findes af området for dets aktive sektion:

Ved at kende området for den aktive sektion af elektrofilteret vælges et passende filterdesign ved hjælp af specielle tabeller. For at finde filtereffektiviteten skal du bruge formlen:

Hvis størrelsen af ​​støvpartiklerne svarer til den gennemsnitlige frie vej for gasmolekylerne (ca. 10-7m), så kan hastigheden af ​​deres afvigelse findes ved formlen:

Driftshastigheden af ​​store aerosolpartikler findes ved formlen:

Effektiviteten af ​​filteret for hver støvfraktion produceres separat, hvorefter den overordnede effektivitet af den elektrostatiske præcipitator fastlægges:

Driftsintensiteten af ​​det elektriske felt i filteret afhænger af dets konstruktion, afstanden mellem elektroderne, koronaelektrodernes radius og ionernes mobilitet. Det sædvanlige driftsspændingsområde for et elektrofilter er fra 15 * 104 til 30 * 104 V / m.

Friktionstab beregnes normalt ikke, men antages blot at være 200 Pa. Energiforbruget til at skabe en corona findes ved formlen:

Strømmen ved opsamling af metallurgisk støv er fastsat som følger:

Elektrofilterets interelektrodeafstand afhænger af dets konstruktion. Længden af ​​opsamlingselektroderne vælges afhængigt af den nødvendige grad af støvopsamling.

Elektrostatiske udskillere bruges generelt ikke til at opfange støv fra rene dielektrika og rene ledere. Problemet er, at stærkt ledende partikler let oplades, men de udstødes også hurtigt ved opsamlingselektroden og fjernes derfor straks fra gasstrømmen.

Dielektriske partikler sætter sig på opsamlingselektroden, reducerer dens ladning og fører til dannelsen af ​​omvendt korona, som forhindrer filteret i at fungere korrekt. Det normale driftsstøvindhold for den elektrostatiske udskiller er under 60 g / m23, og den maksimale temperatur, ved hvilken der anvendes elektroudskillere, er +400 ° C.

Se også om dette emne:

Elektrostatiske filtre — enhed, funktionsprincip, anvendelsesområder