Физические основы работы электрофильтров

В электрическую цепь с источником питания постоянного тока всевозрастающего напряжения помещено два параллельных электрода (рисунок 3.26, а). Между ними пропускают газ. Измерим напряжение и ток и построим график (рисунок 3.26, б).

Рисунок 3.26 – Физические основы работы электрофильтров:

а – схема с параллельными электродами; б – график зависимости тока от напряжения питания; в – схема с концентрированными силовыми линиями.

На первом участке ток будет возрастать с увеличением напряжения по линейному закону (0 - А). В этой области цепь в межэлектродном пространстве будет замыкаться за счет того, что в газах имеются свободные ионы. Линейный закон будет сохраняться, пока все ионы не будут задействованы.

В точке А произойдет токонасыщение при котором дальнейшее увеличение напряжения не изменит ток, так как все ионы задействованы.

Напряженность поля Е – отношение напряжения к площади поверхности электрода или его длине – выражают графически плотностью силовых линий.

В электростатическом поле между параллельными электродами напряженность поля во всех точках одинакова. При каком-то критическом значении напряжения Uк начнется интенсивный рост тока.

В точке В произойдет «зажигание короны» у отрицательного электрода. Это происходит по следующей причине. При больших значениях напряженности кинетическая энергия движения ионов большая и достаточная, для того чтобы, встретив на своем пути нейтрально заряженный атом расщепить его на ионы, которые начинают двигаться к противоположно заряженным электродам с большой энергией.

Этот процесс размножения ионов носит лавинообразный характер, чем и объясняется крутой рост силы тока. Процесс сопровождается сине-фиолетовым свечением у поверхности отрицательного электрода, характерным потрескиванием и появлением запаха оксида азота.

Для получения коронного разряда в случае параллельных пластин требуется большое значение критического напряжения Uк, так как напряженность поля везде одинакова.

Если вместо параллельных пластин в качестве электродов взять пластину и точку (рисунок 3.21, в) напряженность поля будет переменна.

У поверхности отрицательного электрода плотность силовых линий будет выше, чем у поверхности положительного электрода. И она окажется достаточной для зажигания коронного разряда в точке В’ при Uк’< Uк (рисунок 3.21, б). Эта особенность используется в электрофильтрах.

Рисунок 3.27 – Электростатическое поле с неравномерной напряженностью

Особенностью коронного разряда в электростатическом поле с неравномерной напряженностью является то, что генерация ионов протекает у отрицательной поверхности (рисунок 3.27). Отрицательные ионы адсорбируются на поверхности твердых частиц и заряжают их отрицательно. Тогда вектор скорости частиц Vг приобретет составляющую Vд – скорость дрейфа. Истинная скорость Vr будет равна геометрической сумме векторов. Достигнув плюса, частицы осядут на нем, поэтому положительный электрод называют осадительным. Отрицательные заряды “стекают” на осадительный электрод.

Различают хорошо проводимые пылевидные материалы и плохо проводимые. Проводимость характеризуется удельным электрическим сопротивлением (УЭС).

В зависимости от этой величины пыли бывают:

– высокоомными УЭС > 10¹²;

– среднеомными УЭС = 10¹⁰¸10¹²;

– низкоомными УЭС < 10¹⁰.

У низкоомной пыли заряд легко “стекает” на осадительный электрод, у высокоомной - заряд плохо стекает и накапливается в слое уловленного материала. Этот отрицательный потенциал будет препятствовать осаждению отрицательных частиц, поэтому для высокоомной пыли эффективность не высока (III).

Максимальная эффективность характерна для среднеомных материалов (II).

Отрицательный заряд может быть настолько большим, что слой сам начинает коронировать, создавая обратную корону, запирая электрофильтр.

В этих случаях прибегают к снижению удельного электрического сопротивления. Это достигается охлаждением газов, увлажнением их, а иногда перед электрофильтром в газ вводят пылевидные хорошо проводимые продукты.

3.3.6. Классификация электрофильтров. Конструкция электрических золоуловителей

1. В зависимости от вида уловленного продукта электрофильтры разделяют: сухие – применяются для улавливания сухих аэрозолей; мокрые – применяются для улавливания капелек кислот, щелочей, смол и т.п.

2. В зависимости от направления движения газов в электрофильтре: вертикальные;

горизонтальные.

3. По форме осадительного электрода: трубчатые; пластинчатые.

4. В зависимости от количества электрических зон: одно- зонные – в них зарядка и осаждение частиц производится в одном электростатическом поле; двух- зонные – зарядка частиц производится в одном поле, а осаждение в другом.

5. По количеству электростатических полей, которые последовательно проходят газы: однопольные; двухпольные; трехпольные; четырехпольные.

6. В зависимости от числа корпусов электрофильтры разделяют: односекционные электрофильтры; двухсекционные электрофильтры.

Электрические золоуловители для очистки дымовых газов от золы применяют в котельных агрегатах средней и большой паропроизводительности. Отечественной промышленностью выпускаются пластинчатые электрические золоуловители двух видов: с вертикальным и горизонтальным потоком газов.

Рисунок 3.28 – Схема электрического золоуловителя:

1 – вход газов; 2 – осаждающий электрод;

3 – коронирующий электрод; 4 – выход газов;

5 – бункер осевшей золы.

Уходящие дымовые газы проходят по трубе электрического золоуловителя (рисунок 3.28), в которой помещен провод коронирующего электрода 3, присоединенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Сама труба присоединяется к положительному полюсу. Уходящие газы, проходя около электродов, попадают в электромагнитное поле, при этом одни пылинки приобретают свойства положительно заряженного тела, другие – отрицательного. Пылинки, заряженные положительно, направляются к коронирующему электроду, а заряженные отрицательно – к поверхности трубы.

Слой золы, постепенно нарастая на электродах 2, под действием силы тяжести частично осыпается, а оставшийся удаляется путем автоматического встряхивания электродов ударами специальных устройств (молотков). Опавшая зола собирается в конические бункера 5, откуда ссыпается в систему золоудаления.

Напряжение постоянного тока принимается до 80 кВ, КПД составляет 90 ¸ 98 %. Если требуется особенно тщательная очистка дымовых газов, применяют комбинированные золоуловители, в которых первоначальная, грубая очистка газов осуществляется в жалюзийном или батарейном циклоне, а окончательная, тонкая – в электрофильтре. Степень очистки в такой установке может достигать 98 – 99 %.