Ηλεκτρικός καθαρισμός αερίου - η φυσική βάση της λειτουργίας ηλεκτροστατικών κατακρημνιστηρίων

Εάν περάσετε ένα σκονισμένο αέριο μέσα από τη ζώνη δράσης ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, τότε θεωρητικά σωματίδια σκόνης αποκτούν ηλεκτρικό φορτίο και θα αρχίσει να επιταχύνεται, κινούμενος κατά μήκος των γραμμών δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου προς τα ηλεκτρόδια, ακολουθούμενη από εναπόθεση πάνω τους.

Ωστόσο, υπό συνθήκες ομοιόμορφου ηλεκτρικού πεδίου, δεν θα είναι δυνατό να επιτευχθεί ιονισμός κρούσης με τη δημιουργία ιόντων μάζας, καθώς σε αυτήν την περίπτωση θα συμβεί σίγουρα η καταστροφή του διακένου μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Αν όμως το ηλεκτρικό πεδίο είναι ανομοιογενές, τότε ο ιονισμός κρούσης δεν θα οδηγήσει στη διάσπαση του διακένου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί, για παράδειγμα, με την εφαρμογή κοίλος κυλινδρικός πυκνωτής, κοντά στο κεντρικό ηλεκτρόδιο, στο οποίο η τάση του ηλεκτρικού πεδίου Ε θα είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι κοντά στο εξωτερικό κυλινδρικό ηλεκτρόδιο.

Κοντά στο κεντρικό ηλεκτρόδιο, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου θα είναι μέγιστη, ενώ απομακρύνεται από αυτό προς το εξωτερικό ηλεκτρόδιο, η ισχύς E πρώτα θα μειωθεί γρήγορα και σημαντικά και στη συνέχεια θα συνεχίσει να μειώνεται, αλλά πιο αργά.

Αυξάνοντας την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, λαμβάνουμε πρώτα ένα σταθερό ρεύμα κορεσμού και αυξάνοντας περαιτέρω την τάση, θα είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε μια αύξηση της έντασης ηλεκτρικού πεδίου στο κεντρικό ηλεκτρόδιο σε μια κρίσιμη τιμή και την έναρξη του σοκ. ιονισμό κοντά του.

Καθώς η τάση αυξάνεται περαιτέρω, ο ιονισμός κρούσης θα εξαπλωθεί σε μια ολοένα και μεγαλύτερη περιοχή στον κύλινδρο και το ρεύμα στο διάκενο μεταξύ των ηλεκτροδίων θα αυξηθεί.

Ως αποτέλεσμα, θα προκύψει εκκένωση κορώνας Η παραγωγή ιόντων θα είναι επαρκής για να φορτίσει τα σωματίδια σκόνης, αν και το οριστικό σπάσιμο του χάσματος δεν θα συμβεί ποτέ.

Για να ληφθεί μια εκκένωση κορώνας προκειμένου να φορτιστούν σωματίδια σκόνης σε ένα αέριο, είναι κατάλληλος όχι μόνο ένας κυλινδρικός πυκνωτής, αλλά και μια διαφορετική διαμόρφωση ηλεκτροδίων που μπορεί να παρέχει ένα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ τους.

Για παράδειγμα, ευρέως διαδεδομένο ηλεκτροφίλτρα, στο οποίο παράγεται ένα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο χρησιμοποιώντας μια σειρά ηλεκτροδίων εκκένωσης τοποθετημένα μεταξύ παράλληλων πλακών.

Ο προσδιορισμός της κρίσιμης τάσης και της κρίσιμης τάσης στην οποία εμφανίζεται η κορώνα γίνεται λόγω των αντίστοιχων αναλυτικών εξαρτήσεων.

Σε ένα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο, δύο περιοχές με διαφορετικούς βαθμούς ανομοιογένειας σχηματίζονται μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η περιοχή της κορώνας προάγει τη δημιουργία ιόντων αντίθετου σήματος και ελεύθερων ηλεκτρονίων κοντά στο λεπτό ηλεκτρόδιο.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, μαζί με τα αρνητικά ιόντα, ορμούν στο θετικό εξωτερικό ηλεκτρόδιο, όπου του δίνουν το αρνητικό τους φορτίο.

Το στέμμα εδώ διακρίνεται από σημαντικό όγκο και ο κύριος χώρος μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι γεμάτος με ελεύθερα ηλεκτρόνια και αρνητικά φορτισμένα ιόντα.

Στους σωληνωτούς ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστήρες, το αέριο που πρόκειται να αφαιρεθεί διέρχεται από κάθετους σωλήνες διαμέτρου 20 έως 30 cm, με ηλεκτρόδια 2-4 mm τεντωμένα κατά μήκος των κεντρικών αξόνων των σωλήνων. Ο σωλήνας είναι ένα ηλεκτρόδιο συλλογής, καθώς η παγιδευμένη σκόνη κατακάθεται στην εσωτερική του επιφάνεια.

Ένας κατακρημνιστής πλάκας έχει μια σειρά ηλεκτροδίων εκκένωσης κεντραρισμένα μεταξύ των πλακών και η σκόνη κατακάθεται στις πλάκες.Όταν ένα σκονισμένο αέριο διέρχεται από έναν τέτοιο κατακρημνιστή, τα ιόντα απορροφώνται στα σωματίδια σκόνης και έτσι τα σωματίδια φορτίζονται γρήγορα. Κατά τη φόρτιση, τα σωματίδια σκόνης επιταχύνονται καθώς κινούνται προς το ηλεκτρόδιο συλλογής.

Καθοριστικοί παράγοντες της ταχύτητας κίνησης της σκόνης στην εξωτερική ζώνη έκκριση κορώνας είναι η αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού πεδίου με το φορτίο των σωματιδίων και η αεροδυναμική δύναμη του ανέμου.

Η δύναμη που προκαλεί τα σωματίδια σκόνης να κινηθούν προς το ηλεκτρόδιο συλλογής— Δύναμη Coulomb αλληλεπίδρασης του φορτίου των σωματιδίων με το ηλεκτρικό πεδίο των ηλεκτροδίων… Καθώς το σωματίδιο κινείται προς το ηλεκτρόδιο συλλογής, η ενεργή δύναμη coulomb εξισορροπείται από τη δύναμη έλξης της κεφαλής. Η ταχύτητα μετατόπισης ενός σωματιδίου προς το ηλεκτρόδιο συλλογής μπορεί να υπολογιστεί εξισώνοντας αυτές τις δύο δυνάμεις.

Η ποιότητα της εναπόθεσης σωματιδίων στο ηλεκτρόδιο επηρεάζεται από παράγοντες όπως: το μέγεθος των σωματιδίων, η ταχύτητά τους, η αγωγιμότητα, η υγρασία, η θερμοκρασία, η ποιότητα της επιφάνειας του ηλεκτροδίου κ.λπ.Το πιο σημαντικό όμως είναι η ηλεκτρική αντίσταση της σκόνης. Το μεγαλύτερο αντίσταση Η σκόνη χωρίζεται σε ομάδες:

Σκόνη με ειδική ηλεκτρική αντίσταση μικρότερη από 104 Ohm * cm

Όταν ένα τέτοιο σωματίδιο έρχεται σε επαφή με ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο συλλογής, χάνει αμέσως το αρνητικό του φορτίο, αποκτώντας αμέσως ένα θετικό φορτίο στο ηλεκτρόδιο. Σε αυτή την περίπτωση, το σωματίδιο μπορεί αμέσως να απομακρυνθεί εύκολα από το ηλεκτρόδιο και η απόδοση καθαρισμού θα πέσει.

Σκόνη με ειδική ηλεκτρική αντίσταση 104 έως 1010 Ohm * cm.

Μια τέτοια σκόνη εγκαθίσταται καλά στο ηλεκτρόδιο, ανακινείται εύκολα από τον σωλήνα, το φίλτρο λειτουργεί πολύ αποτελεσματικά.

Σκόνη με ειδική ηλεκτρική αντίσταση μεγαλύτερη από 1010 Ohm * cm.

Η σκόνη δεν συλλαμβάνεται εύκολα από τον ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή. Τα κατακρημνισμένα σωματίδια εκτινάσσονται πολύ αργά, το στρώμα των αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων στο ηλεκτρόδιο γίνεται παχύτερο. Το φορτισμένο στρώμα εμποδίζει την εναπόθεση νεοαφιχθέντων σωματιδίων. Η αποτελεσματικότητα καθαρισμού μειώνεται.

Σκόνη με την υψηλότερη ηλεκτρική αντίσταση — μαγνησίτης, γύψος, οξείδια μολύβδου, ψευδάργυρος κ.λπ. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο εντονότερα αυξάνεται πρώτα η αντίσταση στη σκόνη (λόγω της εξάτμισης της υγρασίας) και μετά πέφτει η αντίσταση. Υγράνοντας το αέριο και προσθέτοντας σε αυτό κάποια αντιδραστήρια (ή σωματίδια αιθάλης, κοκ), μπορείτε να μειώσετε την αντίσταση της σκόνης.

Μπαίνοντας στο φίλτρο, μέρος της σκόνης μπορεί να παραληφθεί από το αέριο και να παρασυρθεί ξανά, αυτό εξαρτάται από την ταχύτητα του αερίου και τη διάμετρο του ηλεκτροδίου συλλογής. Ο δευτερεύων παρασυρμός μπορεί να μειωθεί ξεπλένοντας αμέσως την ήδη παγιδευμένη σκόνη με νερό.

Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φίλτρου καθορίζεται από ορισμένους τεχνολογικούς παράγοντες.Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο υψηλότερο είναι το ρεύμα κορώνας. Ωστόσο, η σταθερή τάση λειτουργίας του φίλτρου μειώνεται λόγω μείωσης της τάσης διάσπασης. Υψηλότερη υγρασία σημαίνει χαμηλότερο ρεύμα κορώνας. Υψηλότερη ταχύτητα αερίου σημαίνει χαμηλότερο ρεύμα.

Όσο πιο καθαρό είναι το αέριο - όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα κορώνας, τόσο πιο σκονισμένο είναι το αέριο - τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα κορώνας. Το συμπέρασμα είναι ότι τα ιόντα κινούνται περισσότερο από 1000 φορές πιο γρήγορα από τη σκόνη, επομένως όταν τα σωματίδια φορτίζονται, το ρεύμα κορώνας μειώνεται και όσο περισσότερη σκόνη υπάρχει στο φίλτρο, τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα κορώνας.

Για συνθήκες εξαιρετικά σκόνης (Z1 25 έως 35 g / m23) το ρεύμα κορώνας μπορεί να πέσει σχεδόν στο μηδέν και το φίλτρο θα σταματήσει να λειτουργεί. Αυτό ονομάζεται κλείδωμα κορώνας.

Μια κλειδωμένη κορώνα έχει ως αποτέλεσμα την έλλειψη ιόντων για την παροχή επαρκούς φορτίου στα σωματίδια σκόνης. Αν και η κορώνα σπάνια κλειδώνει εντελώς, ο ηλεκτροστατικός κατακρημνιστήρας δεν έχει καλή απόδοση σε περιβάλλοντα με σκόνη.

Στη μεταλλουργία, τα ηλεκτροφίλτρα πλάκας χρησιμοποιούνται συχνότερα, που χαρακτηρίζονται από υψηλή απόδοση, αφαιρώντας έως και 99,9% της σκόνης με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Κατά τον υπολογισμό ενός ηλεκτροφίλτρου, υπολογίζονται οι επιδόσεις του, η απόδοση λειτουργίας, η κατανάλωση ενέργειας για τη δημιουργία κορώνας, καθώς και το ρεύμα των ηλεκτροδίων. Η απόδοση του φίλτρου βρίσκεται από την περιοχή του ενεργού τμήματός του:

Γνωρίζοντας την περιοχή του ενεργού τμήματος του ηλεκτροφίλτρου, επιλέγεται ένας κατάλληλος σχεδιασμός φίλτρου χρησιμοποιώντας ειδικούς πίνακες. Για να βρείτε την απόδοση του φίλτρου, χρησιμοποιήστε τον τύπο:

Εάν το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης είναι ανάλογο με τη μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων του αερίου (περίπου 10-7 m), τότε η ταχύτητα της απόκλισής τους μπορεί να βρεθεί με τον τύπο:

Η ταχύτητα μετατόπισης μεγάλων σωματιδίων αερολύματος βρίσκεται από τον τύπο:

Η απόδοση του φίλτρου για κάθε κλάσμα σκόνης παράγεται χωριστά, μετά την οποία καθορίζεται η συνολική απόδοση του ηλεκτροστατικού κατακρημνιστή:

Η ένταση λειτουργίας του ηλεκτρικού πεδίου στο φίλτρο εξαρτάται από την κατασκευή του, την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, την ακτίνα των ηλεκτροδίων κορώνας και την κινητικότητα των ιόντων. Το συνηθισμένο εύρος τάσης λειτουργίας για ένα ηλεκτροφίλτρο είναι από 15 * 104 έως 30 * 104 V / m.

Οι απώλειες τριβής συνήθως δεν υπολογίζονται, αλλά απλώς θεωρούνται ότι είναι 200 ​​Pa. Η κατανάλωση ενέργειας για τη δημιουργία κορώνας βρίσκεται με τον τύπο:

Το ρεύμα κατά τη συλλογή μεταλλουργικής σκόνης καθορίζεται ως εξής:

Η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων του ηλεκτροφίλτρου εξαρτάται από την κατασκευή του. Το μήκος των ηλεκτροδίων συλλογής επιλέγεται ανάλογα με τον απαιτούμενο βαθμό συλλογής σκόνης.

Οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές γενικά δεν χρησιμοποιούνται για τη δέσμευση σκόνης από καθαρά διηλεκτρικά και καθαρούς αγωγούς. Το πρόβλημα είναι ότι τα πολύ αγώγιμα σωματίδια φορτίζονται εύκολα, αλλά επίσης εκτινάσσονται γρήγορα στο ηλεκτρόδιο συλλογής και επομένως απομακρύνονται αμέσως από το ρεύμα αερίου.

Τα διηλεκτρικά σωματίδια κατακάθονται στο ηλεκτρόδιο συλλογής, μειώνουν το φορτίο του και οδηγούν στο σχηματισμό αντίστροφης κορώνας, που εμποδίζει τη σωστή λειτουργία του φίλτρου. Η κανονική περιεκτικότητα σε σκόνη λειτουργίας για τον ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή είναι κάτω από 60 g / m23 και η μέγιστη θερμοκρασία στην οποία χρησιμοποιούνται τα ηλεκτροστατικά κατακρημνιστήρια είναι +400 ° C.

Δείτε επίσης για αυτό το θέμα:

Ηλεκτροστατικά φίλτρα — συσκευή, αρχή λειτουργίας, περιοχές εφαρμογής