Очистка газов на электрофильтрах

Электрическая очистка − один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс (рис. 17−19) основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.

Рис. 17. Схема расположения Рис. 18. Зависимость силы тока

электродов в электрофильтре от напряжения между электродами

Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, всегда частично ионизированны за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и др.), поэтому, попадая в пространство между электродами, они способны проводить ток. При увеличении напряжения между электродами вовлекается все большее число ионов и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.

Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора. В зазоре между коронирующим и осадительным электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот.

Рис. 19. Принципиальная схема работы электрофильтра:

а− процесс электрического осаждения частиц; б− электрофильтр с трубчатым электродом; в− электрофильтр с пластинчатым электродом; 1 − коронирующий электрод; 2 − осадительный электрод; 3 − агрегат электропитания; 4 − электрон; 5 − молекула газа; 6 − осаждаемая частица; 7 − очищаемый газ; 8 очищенный газ; 9 − изолятор

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака.

Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.

Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия между электрическим полем и зарядом частицы.

Таким образом, отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду под действием аэродинамических сил и электрических сил, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде. Ввиду того, что объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней, большинство частиц пыли получает заряд отрицательного знака. Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая − на отрицательном коронирующем электроде.

Важное значение на процесс осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления пыль делят на:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (менее10⁴ Ом·см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10⁴ до 10¹⁰ Ом·см хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с него при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10¹⁰ Ом·см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.

Теоретическое определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно производится по формуле Дейча:

(28)

где F_уд − удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов в м²·с/м³.

Эффективность очистки газа в электрофильтрах возрастает с ростом значения показателя степени (w_эF_уд):

w_эFуд ........ 3,0 3,7 3,9 4,6

η............... 0,95 0,975 0,98 0,99

Электрофильтры используют также для глубокой очистки газа от масляных туманов, смолы и пыли в различных отраслях промышленности. При использовании электрофильтров для очистки воздуха от аэрозолей горючих веществ необходимо, чтобы максимальная температура аэрозольной среды былана 20−25 ^оС ниже температуры вспышки улавливаемой жидкости, а максимальная концентрация горючей компоненты − не менее чем на порядок меньше нижнего концентрационного предела воспламенения данной смеси.

Контрольные вопросы

Классификация основных методов и аппаратов очистки газовых сред.

1. Назначение, принцип действия и устройство гравитационных пылеуловителей.

2. Назначение, принцип действия инерционных пылеуловителей.

3. Назначение, принцип действия, устройство и основные схемы использования центробежных пылеуловителей.

4. Назовите основные характеристики тканевых и волокнистых фильтров.

5. Назначение и устройство зернистых фильтров.

6. Методика испытания работоспособности фильтров.

7. Назначение, принцип действия и основные характеристики электрофильтров.