Električno čišćenje plina - fizikalna osnova rada elektrofiltera

Ako prođete prašnjavi plin kroz zonu djelovanja jakog električnog polja, onda teoretski čestice prašine dobiti električni naboj i počet će ubrzavati, krećući se uzduž linija sile električnog polja do elektroda, praćeno taloženjem na njima.

Međutim, u uvjetima jednolikog električnog polja neće biti moguće postići udarnu ionizaciju s generiranjem masovnih iona, jer će u ovom slučaju sigurno doći do uništenja razmaka između elektroda.

Ali ako je električno polje nehomogeno, tada udarna ionizacija neće dovesti do kvara razmaka. To se može postići npr. primjenom šuplji cilindrični kondenzator, u blizini središnje elektrode, na kojoj će napon električnog polja E biti puno veći nego u blizini vanjske cilindrične elektrode.

U blizini središnje elektrode jakost električnog polja bit će maksimalna, dok će se odmaknuti od nje prema vanjskoj elektrodi jakost E najprije brzo i znatno smanjiti, a zatim nastaviti padati, ali sporije.

Povećanjem napona na elektrodama prvo dobivamo konstantnu struju zasićenja, a daljnjim povećanjem napona moći ćemo uočiti povećanje jakosti električnog polja na središnjoj elektrodi do kritične vrijednosti i početak udara ionizacija u njegovoj blizini.

Kako se napon dalje povećava, udarna ionizacija će se širiti na sve veće područje u cilindru i struja u razmaku između elektroda će se povećati.

Kao rezultat toga, doći će do koronskog pražnjenja, dakle stvaranje iona bit će dovoljno za punjenje čestica prašine, iako do konačnog razbijanja jaza nikada neće doći.

Za dobivanje koronskog pražnjenja za naelektrisanje čestica prašine u plinu nije prikladan samo cilindrični kondenzator, već i drugačija konfiguracija elektroda koja može stvoriti nehomogeno električno polje između njih.

Na primjer, široko rasprostranjen elektrofilteri, u kojem se nehomogeno električno polje proizvodi korištenjem niza elektroda za pražnjenje postavljenih između paralelnih ploča.

Određivanje kritičnog naprezanja i kritičnog naprezanja pri kojem dolazi do korone vrši se prema odgovarajućim analitičkim ovisnostima.

U nehomogenom električnom polju između elektroda nastaju dva područja s različitim stupnjem nehomogenosti. Koronsko područje potiče stvaranje iona suprotnog predznaka i slobodnih elektrona u blizini tanke elektrode.

Slobodni elektroni, zajedno s negativnim ionima, hrle prema pozitivnoj vanjskoj elektrodi, gdje joj daju svoj negativni naboj.

Korona se ovdje odlikuje značajnim volumenom, a glavni prostor između elektroda ispunjen je slobodnim elektronima i negativno nabijenim ionima.

U cjevastim elektrofilterima plin koji se odprašuje provodi se kroz okomite cijevi promjera 20 do 30 cm, s elektrodama promjera 2 — 4 mm razvučenim duž središnje osi cijevi. Cijev je sabirna elektroda, jer se zarobljena prašina taloži na njezinoj unutarnjoj površini.

Pločasti taložnik ima niz elektroda za pražnjenje smještenih između ploča, a prašina se taloži na pločama.Kada prašnjavi plin prolazi kroz takav taložnik, ioni se apsorbiraju na česticama prašine i tako se čestice brzo naelektrišu. Tijekom punjenja, čestice prašine se ubrzavaju dok se kreću prema sabirnoj elektrodi.

Odrednice brzine kretanja prašine u vanjskoj zoni koronsko pražnjenje su međudjelovanje električnog polja s nabojem čestice i aerodinamička sila vjetra.

Sila koja uzrokuje kretanje čestica prašine prema sabirnoj elektrodi— Coulombova sila međudjelovanja naboja čestica s električnim poljem elektroda… Kako se čestica kreće prema sabirnoj elektrodi, aktivna kulonska sila je uravnotežena silom otpora glave. Brzina driftanja čestice prema sabirnoj elektrodi može se izračunati izjednačavanjem ovih dviju sila.

Na kvalitetu taloženja čestica na elektrodi utječu čimbenici kao što su: veličina čestica, njihova brzina, vodljivost, vlažnost, temperatura, kvaliteta površine elektrode itd.Ali najvažnija stvar je električni otpor prašine. Najveći otpornost prašina se dijeli u skupine:

Prašina sa specifičnim električnim otporom manjim od 104 Ohm * cm

Kada takva čestica dođe u kontakt s pozitivno nabijenom sabirnom elektrodom, ona odmah gubi svoj negativni naboj, trenutno dobivajući pozitivan naboj na elektrodi. U tom slučaju, čestica se može odmah lako odnijeti s elektrode, a učinkovitost čišćenja će pasti.

Prašina sa specifičnim električnim otporom od 104 do 1010 Ohm * cm.

Takva se prašina dobro taloži na elektrodi, lako se istresa iz cijevi, filtar radi vrlo učinkovito.

Prašina sa specifičnim električnim otporom većim od 1010 Ohm * cm.

Elektrostatički filter ne može lako uhvatiti prašinu. Istaložene čestice izbacuju se vrlo sporo, sloj negativno nabijenih čestica na elektrodi postaje sve deblji. Nabijeni sloj sprječava taloženje novopridošlih čestica. Učinkovitost čišćenja se smanjuje.

Prašina s najvećim električnim otporom — magnezit, gips, oksidi olova, cinka itd. Što je temperatura viša, otpornost prašine intenzivnije prvo raste (zbog isparavanja vlage), a zatim opada. Vlaženjem plina i dodavanjem nekih reagensa (ili čestica čađe, koksa) možete smanjiti otpornost prašine.

Ulaskom u filtar, dio prašine može pokupiti plin i ponovno odnijeti, to ovisi o brzini plina i promjeru sabirne elektrode. Sekundarno uvlačenje može se smanjiti trenutnim ispiranjem već uhvaćene prašine vodom.

Strujno-naponska karakteristika filtra određuju neki tehnološki čimbenici.Što je viša temperatura, veća je struja korone; međutim, stabilni radni napon filtra opada zbog smanjenja probojnog napona. Veća vlažnost znači manju struju korone. Veća brzina plina znači manju struju.

Što je plin čišći — to je struja korone veća, što je plin prašnjaviji — to je struja korone niža. Suština je da se ioni kreću više od 1000 puta brže od prašine, pa kada su čestice nabijene, struja korone se smanjuje i što je više prašine u filtru, struja korone je niža.

U ekstremno prašnjavim uvjetima (Z1 25 do 35 g / m23) struja korone može pasti gotovo na nulu i filtar će prestati raditi. To se zove zaključavanje krunice.

Zaključana korona rezultira nedostatkom iona koji osiguravaju dovoljan naboj česticama prašine. Iako se krunica rijetko potpuno zabravi, elektrostatički filter ne radi dobro u prašnjavim okruženjima.

U metalurgiji se najčešće koriste pločasti elektrofiltri koji se odlikuju visokom učinkovitošću, uklanjaju do 99,9% prašine uz nisku potrošnju energije.

Pri proračunu elektrofiltera izračunava se njegov učinak, učinkovitost rada, potrošnja energije za stvaranje korone, kao i struja elektroda. Učinkovitost filtra određena je područjem njegovog aktivnog dijela:

Poznavajući područje aktivnog dijela elektrofiltera, pomoću posebnih tablica odabire se odgovarajući dizajn filtra. Da biste pronašli učinkovitost filtra, upotrijebite formulu:

Ako je veličina čestica prašine razmjerna srednjem slobodnom putu molekula plina (oko 10-7 m), tada se brzina njihovog odstupanja može pronaći po formuli:

Brzina drifta velikih čestica aerosola nalazi se po formuli:

Učinkovitost filtra za svaku frakciju prašine se proizvodi zasebno, nakon čega se utvrđuje ukupna učinkovitost elektrofiltera:

Radni intenzitet električnog polja u filtru ovisi o njegovoj konstrukciji, udaljenosti između elektroda, polumjeru korona elektroda i pokretljivosti iona. Uobičajeni raspon radnog napona za elektrofilter je od 15 * 104 do 30 * 104 V / m.

Gubici trenjem obično se ne izračunavaju, već se jednostavno pretpostavlja da su 200 Pa. Potrošnja energije za stvaranje korone nalazi se formulom:

Struja pri skupljanju metalurške prašine utvrđuje se kako slijedi:

Međuelektrodni razmak elektrofiltera ovisi o njegovoj konstrukciji. Duljina sabirnih elektroda bira se ovisno o potrebnom stupnju sakupljanja prašine.

Elektrostatički filteri se općenito ne koriste za hvatanje prašine s čistih dielektrika i čistih vodiča. Problem je u tome što se čestice visoke vodljivosti lako naelektrišu, ali se također brzo izbacuju na sabirnoj elektrodi i stoga se odmah uklanjaju iz struje plina.

Dielektrične čestice talože se na sabirnoj elektrodi, smanjuju njen naboj i dovode do stvaranja reverzne korone koja onemogućuje pravilan rad filtera. Normalni radni sadržaj prašine za elektrofilter je ispod 60 g/m23, a maksimalna temperatura pri kojoj se koriste elektrofilteri je +400°C.

Vidi također o ovoj temi:

Elektrostatički filtri — uređaj, princip rada, područja primjene