Очистка газов в электрофильтрах

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил. В камере электрофильтра располагаются отрицательно (коронирующие) и положительно (осадительные) заряженные электроды, к которым подводится постоянный ток высокого напряжения. Запыленный газ движется в пространстве между электродами. При этом происходит ионизация молекул газа на отрицательно и положительно заряженные ионы. Отрицательно заряженные ионы, двигаясь в запыленном газе, сообщают частицам пыли свой заряд и увлекают их к осадительным электродам, где частицы отдают свой заряд и осаждаются.

Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум механизмам: под воздействием электрического поля (частицы бом- бордируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов. Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0,5 мкм, второй менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2-0,5 мкм эффективны оба механизма. Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм — диаметру частицы.

Величину заряда q (кА), приобретаемого проводимой частицей сферической формы под воздействием электрического поля, рассчитывают по формуле:

где е_о - диэлектрическая проницаемость (е_о = 8,85 • 10^|2Ф/м); Е - напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.

Величину заряда, приобретаемого непроводимой частицей, определяют по формуле:

где е - относительная диэлектрическая проницаемость частицы.

Таким образом, электроочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевых частиц, транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные бункеры.

По конструктивным особенностям электрофильтры различают по разным признакам: по направлению хода газов — на вертикальные и горизонтальные; по форме осадительных электродов — с пластинчатыми, С-образными, трубчатыми и шестигранными электродами; по форме коронирующих электродов — с игольчатыми, круглого или штыкового сечения; по числу последовательно расположенных электрических полей — на одно- и многопольные: по расположению зон зарядки и осаждения на одно- и двухзонные; по числу параллельно работающих секций — на одно- и многосекционные.

Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми и трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между осадительными пластинчатыми электродами натянуты проволочные коронирующие. В трубчатых электрофильтрах осадительные электроды представляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси расположены коронирующие электроды.

Схема трубчатого электрофильтра представлена на рис. 1-19. Запыленный газ движется по вертикальным трубам диаметром 200- 250 мм. Пыль оседает на внутренней поверхности труб. При помощи встряхивающего устройства ее удаляют в бункер.

Электрофильтры очищают большие объемы газов от пыли с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при температуре газов до 400- 450 °С. Гидравлическое сопротивление их достигает 150 Па. Затраты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м³ газа.

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли и газа, скорости и равномерности распределения запыленного потока в сечении аппаратов и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Напряжение поля на расстоянии х метров от оси коронирующего электрода определяется по зависимости:

где и — напряжение, приложенное к электродам, В; R, и R₂— радиусы коронирующего и осадительного электродов, м.

Критическое напряжение электрического поля, при котором возникает корона, для воздуха определяется по формуле (в В/м):

отношение плотностей газа в рабочих и стандартных условиях

Рис. I-19. Трубчатый электрофильтр:

I — осадительный электрод; 2 — коро- нирующий электрод; 3 — рама; 4 — встряхивающее устройство; 5 — изолятор

где Р. — барометрическое давление, кПа; Р — разряжение или избыточное давление в аппарате, кПа; t — температура газов, °С.

Пыль с малой электрической проводимостью вызывает явление обратной короны, которое сопровождается образованием положительно заряженных ионов, частично нейтрализующих отрицательный заряд пылинок, вследствие чего последние теряют способность перемещаться к осадительным электродам и осаждаться. На проводимость пыли оказывает влияние состав газа и пыли. С повышением влажности газов удельное электрическое сопротивление пыли снижается. Наличие в очищенных газах десятых и сотых долей процента S0₂ и NH₃ значительно улучшает электрическую проводимость пыли.

При высоких температурах газа понижается электрическая проводимость межэлектродного пространства, что приводит к ухудшению улавливания пыли. С повышением температуры газов возрастают их вязкость и объем, а следовательно, увеличивается скорость потока в электрофильтре, что снижает степень обеспыливания. С увеличением скорости газа возрастает так называемый вторичный унос.

Для нормальной работы электрофильтров необходимо обеспечить чистоту осадительных и коронирующих электродов. Отложения загрязнений на коронирующем электроде способствуют повышению начального напряжения коронирования, но это не всегда возможно. Если пыль имеет большое электрическое сопротивление, то слой на электроде действует как изолятор и коронный разряд прекращается.

Теоретическая степень очистки газов в электрофильтре: для трубчатого электрофильтра

для пластинчатого электрофильтра где w₄— скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с; w_r — скорость газов в активном сечении электрофильтра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с; L — активная длина электрофильтра, т. е. протяженность электрического поля в направлении хода газов (в вертикальных электрофильтрах совпадает с высотой электродов)! м; R — радиус трубчатого осадительного электрода, м; h — расстояние между коронирующим электродом и пластинчатым осадительным электродом (межэлектродный промежуток), м.

В пределах применимости формулы Стокса скорость (в м/с) рассчитывают по следующим формулам: для частиц диаметром d₄ > 1 мкм

для частиц диаметром d < 1 мкм

где с_к—коэффициент, равный АА. / d₄ (А=0,815-1,63); 1 — длина среднего свободного пробега молекул газа (А. =10"⁷м).

Скорость осаждения заряженных частиц: