Электронно-ионная технология

12.3.1 Общие сведения. В электронно-ионной технологии (ЭИТ) используются явления, происходящие при прохождении электрического тока (разряде) в газах.

В качестве примера применения ЭИТ приведем электрофильтрацию, которая используется для очистки промышленных газов и воздуха от пыли, дыма, частиц цемента и т.п.

В основе работы электрического фильтра лежит использование явления ионизации газов с помощью коронного разряда, зарядки удаляемых частиц ионизированными атомами газа и осаждения заряженных частиц на корпус (электроде) осадительной камеры.

Коронный разряд (КР) наблюдается при сравнительно высоких давлениях газа (например, при атмосферном давлении) и сильно неоднородном электрическом поле.

Для получения значительной неоднородности поля один электрод должен иметь очень большую поверхность, а другой – очень малую.

Коронный разряд можно получить, располагая тонкую проволоку внутри металлического цилиндра, радиус которого значительно больше радиуса проволоки (рис.12.3).

Рисунок 12.3. – Схемаполучения коронного разряда

Силовые линии электрического поля сгущаются по мере приближения к проволоке, следовательно, напряженность электрического поля возле проволоки имеет наибольшее значение. Когда она достигает значения 3·10⁶ В/м (при атмосферном давлении и нормальной температуре) между проволокой и цилиндром зажигается разряд и в цепи появляется ток. При этом возле проволоки возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, окружающей проволоку.

Процессы внутри короны сводятся к следующему. Если проволока заряжена отрицательно, то по достижении напряженности пробоя у поверхности проволоки зарождаются электронные лавины, которые распространяются от проволоки к цилиндру. Так как напряженность поля уменьшается по мере удаления от проволоки, то на некотором расстоянии от проволоки электронные лавины обрываются. Это расстояние и есть толщина короны.

Электроны вышедшие за пределы короны, присоединяются к нейтральным атомам газа, отчего возникают отрицательные ионы. Таким образом, за пределами короны газ ионизирован.

Коронный разряд может возникнуть не только возле проволок, но и возле любых проводников с малой поверхностью. Корона возникает иногда в природе под влиянием атмосферного электрического поля и появляется на верхушках деревьев, корабельных мачт и т.д. В старину это явление получило название огней св. Эльма и вызывало суеверный ужас у мореплавателей.

С возможностью возникновения коронного разряда приходится считаться в технике высоких напряжений. При зажигании короны возле проводов высоковольтных ЛЭП окружающий воздух сильно ионизируется и появляются вредные токи утечки. Чтобы коронный разряд не мог возникнуть, провода высоковольтных линий должны иметь достаточно большой диаметр.

12.3.2 Принцип действия электрофильтра. Электрофильтр состоит из трех основных частей: камеры осаждения с системой электродов, через которую проходит газ, подлежащий очистке; системы удаления осадков (коллекторные пластины — бункер); электрической схемы и оборудования, составляющего схему автоматизации.

На рисунке 12.4 показана схема электрофильтра. Камера осаждения 5 заканчивается в нижней части бункером 6, в котором собираются осажденные на электродах-коллекторах частицы для их дальнейшего удаления.

Рисунок 12.4. – Схема электрофильтра

Электродами-коллекторами в данной конструкции служат сами стенки камеры 4, которая снабжена устройством ввода загрязненного газа 1, проходящего в электрофильтре через электрическое поле, созданное электродом высокого напряжения 7 и электродом-коллектором 4. При прохождении газа взвешенные частицы заряжаются, осаждаются, после чего удаляются. Таким образом, на выходе 2 из электрофильтра газ оказывается очищенным благодаря удержанию электродами-коллекторами отрицательно заряженных частиц.

Электрическое поле создается в электрофильтре между коронирующим и излучающим электродом 7 и коллектором '4 источника высокого напряжения 8, питающим систему коронирующих электродов через проходной изолятор 3. Устройство автоматического управления 9 поддерживает заданные параметры технологического режима.

В технике очистки газов существуют четыре способа:

а) осаждение Пыли в электрофильтрах при помощи электрического поля;

б) обеспыливание газов при прохождении через поглощающие слои;

в) центрифугирование содержащих пыль газов;

г) обеспыливание газов в мойках.

Наиболее перспективными являются электрические фильтры, работающие по принципу осаждения пыли при помощи электрического поля.

Электростатическое обеспыливание считается большинством специалистов наиболее простым средством захвата взвесей, имеющихся в других технологических процессах.