Лекція 9. ТЕХНОЛОГІЇ І ОБЛАДНАННЯ ЕЛЕКТРОФІЛЬТРАЦІІ ВИКИДІВ
9.1 Принцип роботи електрофільтру
9.2 Методика розрахунку електрофільтру
9.3 Однозонна і двозонні електрофільтри
Електрофільтрованіе знаходить все більше застосування для очищення повітря від пилу. До переваг цього виду очищення відносяться: можливість отримання високого ступеня очищення (до 99% і більше), невелике гідравлічний опір (100 - 300 Па); незалежність роботи від тиску газів; незначний витрата електроенергії (0,1 - 0,8 кВт год на 1000 м 3 газу замість 2 для інших пиловловлювачів); можливість очищення газів при високих температурах і їх агресивності; широкий діапазон концентрації пилу (від часток грама на 1 м3 до 50 г / м 3); повна автоматизація роботи.
Метод заснований на ударній іонізації газу в зоні коронирующего розряду. При цьому відбувається передача заряду іонів частинкам домішок і осадження цих частинок на осаджувальних і коронирующих електродах.
Принципова схема електрофільтру показана на рис. 9.1. Коронирующий електрод 2 виконується у вигляді прутків або вузьких смуг з голками. Він ізольований від корпусу і землі, до нього підводяться від джерела живлення (випрямляча) 1 негативний заряд високої напруги (20 - 90 кВ). Осадітельного електрод 3 виконаний у вигляді труби (або пластинки тонколистового матеріалу), яка заземлюється. У зазорі між коронирующим 2 і осаджувальних 3 електродами створюється електричне поле спадної напруженості з силовими лініями, спрямованими від осадітельного до коронирующим електроду або навпаки. Напруга до електродів подається від випрямляча.
Зміна сили струму між електродами в міру зростання напруги показано на рис. 9.2.
Рис.9.1. Схема роботи електрофільтру: 1 підведення струму високої напруги; 2 коронирующий електрод; 3-осадітельного електрод; 4 заземлення; 5 бункер для збору пилу.
Мал. 9.2. Залежність сили струму від напруги між електродами
Після досягнення напруги на електродах критичної величини (Uкр) виникає коронирующий розряд. Процес електростатичного осадження твердої частинки складається з чотирьох основних стадій: іонізації газу, зарядки частинки пилу, переміщення частки в електричному полі і осадження її на електроді. Іонізація газу відбувається за рахунок високої напруги, що підводиться від джерела електроживлення до коронирующим електроду. Осаджувальні електроди заряджаються позитивно.
Робота електрофільтру здійснюється наступним чином. Відомо, що будь-який забруднене повітря, що надходить в електрофільтр, завжди виявляється частково іонізованим за рахунок різних зовнішніх впливів (рентгенівських і космічних променів, радіоактивних випромінювань, тертя, нагрівання газу і ін.). Тому він володіє провідністю, що обумовлює можливість виникнення сили струму. Остання залежить від числа іонів і напруги між електродами. При збільшенні напруги в рух між електродами втягується все більше число іонів і сила струму зростає до тих пір, поки в русі не виявляться всі іони, наявні в газі. При цьому сила струму стає постійною (струм насичення), незважаючи на подальше зростання напруги. При деякому досить великій напрузі рухомі іони і електрони настільки прискорюються, що, стикаються з молекулами газу, іонізують їх, перетворюючи нейтральні молекули в позитивні іони і електрони. Утворилися нові іони і електрони прискорюються електричним полем і в свою чергу іонізують нові молекули газу. Тобто розвивається ударна іонізація газу, виникає коронний розряд (обмежений, як показано вище, на деяку частину межелектродного простору). Він має місце і у короніруюшего і у осалітельного електродів, але коронирующий електрод має значно більшу зовнішню зону.
Аерозольні частинки (пилинки), що надходять в зону між коронирующим і осаджувальних електродами, адсорбують на своїй поверхні іони, набуваючи електричний заряд і отримуючи прискорення, спрямоване в бік електрода з зарядом протилежного знака.
Процес зарядки частинок залежить від рухливості іонів, траєкторії руху і часу перебування частинок в зоні коронирующего заряду. Відомо, що в повітрі і димових газах рухливість негативних іонів вище, ніж позитивних, тому електрофільтри зазвичай роблять з короною негативної полярності. Час зарядки аерозольних часток невелика і вимірюється частками секунди.
Рух заряджених частинок до осадительному електроду відбувається під дією: аеродинамічних сил, сили взаємодії електричного поля і заряду частинок, сили тяжіння, сили тиску електричного вітру.
При проектуванні електрофільтрів впливом сили тяжіння і електричного вітру нехтують.
Аеродинамічні сили викликають рух часток у напрямку руху газу зі швидкістю, близькою до швидкості газу (0,5. 2 м / с).
Сила взаємодії заряджених частинок з електричним полем є основною силою, що викликає рух частинок до осадительному електроду.
Для процесу осадження пилу на електродах вельми важливо електричний опір шарів пилу. За його значенням розрізняють пилу з питомим опором:
- пилу з малим питомим опором (менше 10 Ом · м), які при зіткненні з електродом втрачають свій заряд і набувають заряд, знак якого відповідає знаку електрода, після чого між часткою і електродом виникає сила відштовхування, під дією якої частка прагне повернутися в газовий потік ;
- пилу з питомим електричним опором від 10 до 10 Ом · м, які добре осідають на електродах і легко видаляються встряхиванием;
- пилу з питомим електричним опором більше 10 Ом · м, які насилу уловлюються в електрофільтрах, так як на електродах частки таких пилу розряджаються повільно, що в значній мірі перешкоджає осадженню нових частинок. В реальних умовах питомий опір пилу знижують зволоженням або хімічним кондиціонуванням газу.
Основна маса пилу осідає на позитивному осадітельного електроді, так як коронирующий електрод має значно більшу зовнішню зону і основна маса частинок набуває негативний заряд.
Велике значення для безперебійної роботи електрофільтру має система видалення обложеної пилу з апарату. У сухих електрофільтрах для очищення поверхні електродів від пилу використовують механізми струшування ударно-молоткастого типу. Пил зсипається в збірні бункера 5 (див. Рис. 9.1), звідки виводиться в сухому вигляді або у вигляді пульпи. У мокрих електрофільтрах пил з поверхонь електродів змивається водою разом з уловлену краплями. Шлам видаляють з нижньої частини апарату.
Підвищення ефективності очищення газів, в електрофільтрах досягається лише в тому випадку, коли осіла на електродах зола при їх струшуванні буде падати в бункер у вигляді відносно великих конгломератів, що складаються з безлічі злиплих під дією сил адгезії частинок. Для цього треба вибирати тимчасові інтервали між імпульсами (часто він призначається рівним 3 хв).