Осаждение под действием электрического поля

В электрическом поле тонкодисперсным частицам сообщается электрический заряд, под действием которого они осаждаются. Разделение пылей, дымов и туманов в электрическом поле имеет значительные преимущества перед другими способами осаждения.

Разделение газовых неоднородных смесей в электрическом поле осуществляется на электродах. Для разделения пылей и дымов применяют сухие фильтры, для разделения туманов — мокрые.

Простейший электрофильтр — это два электрода, один из которых — анод выполнен в виде трубы или пластины, а другой — катод — в виде проволоки, которая натянута внутри трубчатого ано­да либо между пластинчатыми анодами из проволочной сетки. Аноды заземляют.

При соединении электродов с источником постоянного тока на электродах создается разность потенциалов, равная 4...6кВ/см, обеспечивающая плотность тока 0,05...0,5 мА на 1 м длины катода.

Газовая смесь поступает внутрь трубчатых электродов или между пластинчатыми. Благодаря высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (сгущение си­ловых линий происходит у электрода с меньшей площадью поверх­ности — катода) в слое газа у отрицательного электрода — катода образуется поток электронов, направленный к аноду. В результате соударений электронов с нейтральными молекулами газа он ионизируется. Такая ионизация называется ударной. Признак! ионизации газа — образование «короны» у катода, поэтому его на­зывают коронирующим электродом. В результате ионизации об­разуются положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы собираются около катода, а отрицательные с большой ско­ростью движутся к аноду, заряжая взвешенные в газе частицы и увлекая их с собой. Частицы пыли или тумана оседают на аноде, покрывая его слоем осадка.

Скорость электроосаждения колеблется от нескольких санти­метров до нескольких десятков сантиметров в секунду. Она зави­сит от размера взвешенных частиц и гидродинамического сопро­тивления газовой среды.

Скорость электроосаждения может увеличиваться под влияни­ем «электрического ветра», возникающего в результате передачи импульса движущихся ионов газа газовой среде и взвешенным ча­стицам.

Продолжительность осаждения частицы

(8)

Градиент потенциала электрического поля Е_х зависит от рас­стояния до катода х, следуя сложной зависимости, поэтому время осаждения частицы приходится определять методом графического интегрирования уравнения (8).

Трубчатый сухой электрофильтр показан на рис.13. Пыль или дым поступают в нижнюю часть фильтра под решетку 6, в которой закреплены электроды, и распределяются по трубчатым электродам — анодам. Внутри трубчатых электродов расположе­ны коронирующие электроды — катоды. Электроды закреплены на общей раме, опирающейся на изоляторы. Под действием электрического поля происходит электроосаждение взвешенных в газе частиц. Осевшие на аноде частицы периодически стряхи­ваются ударным приспособлением и собираются в конической нижней части фильтра. Осадок из фильтра удаляется с помощью выгружного устройства, а очищенный газ выходит из верхней ча­сти фильтра.

1- встряхивающее устройство; 2- изолятор; 3-рама; 4-коронирующий электрод; 5-трубчатый электрод-анод; 6- решетка; 7-сборник для пыли.

Разработаны секционные электрофильтры, в которых газ про­ходит через ряд последовательно соединенных секций.

В электрофильтре с пластинчатыми электродамианодами служат пластины, а коронирующими электродами (катодами) — проволо­ка, натянутая между пластинами.

Степень очистки газа в электрофильтрах зависит от электро­проводимости пыли: если взвешенные частицы хорошо проводят ток, то частица моментально отдает заряд и приобретает заряд электрода. В этом случае возникает кулоновая сила отталкивания, что приводит к уносу частиц с газом из фильтра и снижает степень очистки. При плохой проводимости тока на электроде образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, который проти­водействует основному электрическому полю.

При высокой концентрации взвешенных частиц в газе степень его очистки тоже снижается из-за осаждения ионов на частицах, что приводит к уменьшению количества перенесенных зарядов и, следовательно, силы тока.

Для уменьшения концентрации частиц в газе перед электро­фильтрами устанавливают дополнительные газовые фильтры.

Расчет электрофильтров заключается в определении длины коронирующих электродов при известных сечении фильтра и числе электродов.

Значение тока в электрофильтре І=iL, где i- плотность тока; L- длина коронирующих электродов.

По выражению Е_к=31+9,54 (где δ-отношение плотности воздуха при данных условиях к его плотности при 25ºС и давлении 0,1 МПа; r-радиус коронирующего электрода) находят критический градиент потенциала, а зная расстояние между электродами, определяют разность потенциалов на электродах.