Elektrické čištění plynů - fyzikální základ činnosti elektrostatických odlučovačů

Pokud zónou působení silného elektrického pole propustíte prašný plyn, pak teoreticky prachové částice získat elektrický náboj a začne se zrychlovat, pohybovat se po siločarách elektrického pole k elektrodám, následovaným depozicí na nich.

Za podmínek rovnoměrného elektrického pole však nebude možné získat nárazovou ionizaci s generováním hmotnostních iontů, protože v tomto případě jistě dojde ke zničení mezery mezi elektrodami.

Ale pokud je elektrické pole nehomogenní, pak nárazová ionizace nepovede k porušení mezery. Toho lze dosáhnout například aplikací dutý válcový kondenzátor, v blízkosti centrální elektrody, na které bude napětí elektrického pole E mnohem větší než v blízkosti vnější válcové elektrody.

V blízkosti centrální elektrody bude síla elektrického pole maximální, při pohybu od ní k vnější elektrodě se síla E nejprve rychle a výrazně sníží a poté bude dále klesat, ale pomaleji.

Zvýšením napětí aplikovaného na elektrody nejprve získáme konstantní saturační proud a dalším zvýšením napětí budeme schopni pozorovat nárůst intenzity elektrického pole na centrální elektrodě na kritickou hodnotu a začátek rázu. ionizace v jeho blízkosti.

Při dalším zvyšování napětí se nárazová ionizace rozšíří na stále větší plochu ve válci a proud v mezeře mezi elektrodami se bude zvyšovat.

V důsledku toho tedy dojde ke korónovému výboji generace iontů bude dostatečná k nabití prachových částic, i když ke konečnému prolomení mezery nikdy nedojde.

Pro získání koronového výboje za účelem nabití prachových částic v plynu je vhodný nejen válcový kondenzátor, ale také jiná konfigurace elektrod, které mohou mezi nimi zajistit nehomogenní elektrické pole.

Například rozšířené elektrofiltry, ve kterém je nehomogenní elektrické pole vytvářeno pomocí řady výbojových elektrod namontovaných mezi paralelními deskami.

Stanovení kritického napětí a kritického napětí, při kterém se koróna vyskytuje, je provedeno na základě odpovídajících analytických závislostí.

V nehomogenním elektrickém poli se mezi elektrodami vytvoří dvě oblasti s různým stupněm nehomogenity. Oblast koróny podporuje tvorbu iontů s opačným znaménkem a volných elektronů v blízkosti tenké elektrody.

Volné elektrony spolu se zápornými ionty spěchají ke kladné vnější elektrodě, kde jí dávají svůj záporný náboj.

Koróna se zde vyznačuje značným objemem a hlavní prostor mezi elektrodami je vyplněn volnými elektrony a záporně nabitými ionty.

V trubkových elektrostatických odlučovačích se plyn, který se má zbavit prachu, vede vertikálními trubicemi o průměru 20 až 30 cm s elektrodami o průměru 2 až 4 mm nataženými podél centrálních os trubek. Trubice je sběrná elektroda, protože zachycený prach se usazuje na jejím vnitřním povrchu.

Deskový odlučovač má řadu výbojových elektrod uprostřed mezi deskami a prach se na deskách usazuje.Při průchodu prachového plynu takovým odlučovačem se na prachové částice absorbují ionty a tím se částice rychle nabijí. Během nabíjení se prachové částice urychlují, když se pohybují směrem ke sběrné elektrodě.

Determinanty rychlosti pohybu prachu ve vnější zóně koronový výboj jsou interakce elektrického pole s nábojem částic a aerodynamickou silou větru.

Síla, která způsobuje pohyb prachových částic směrem ke sběrné elektrodě – Coulombova síla interakce náboje částic s elektrickým polem elektrod… Když se částice pohybuje směrem ke sběrné elektrodě, aktivní coulombovská síla je vyvážena silou odporu hlavy. Rychlost driftu částice ke sběrné elektrodě lze vypočítat zrovnoprávněním těchto dvou sil.

Kvalita ukládání částic na elektrodě je ovlivněna takovými faktory, jako jsou: velikost částic, jejich rychlost, vodivost, vlhkost, teplota, kvalita povrchu elektrody atd.Nejdůležitější je ale elektrický odpor prachu. Největší odpor prach se dělí do skupin:

Prach se specifickým elektrickým odporem menším než 104 Ohm * cm

Když se taková částice dostane do kontaktu s kladně nabitou sběrnou elektrodou, okamžitě ztratí svůj záporný náboj a na elektrodě okamžitě získá kladný náboj. V tomto případě mohou být částice okamžitě snadno odneseny pryč z elektrody a účinnost čištění klesne.

Prach se specifickým elektrickým odporem 104 až 1010 Ohm * cm.

Takový prach se dobře usazuje na elektrodě, snadno se vytřepe z potrubí, filtr funguje velmi efektivně.

Prach se specifickým elektrickým odporem větším než 1010 Ohm * cm.

Prach není snadno zachycen elektrostatickým odlučovačem. Vysrážené částice jsou vymrštěny velmi pomalu, vrstva záporně nabitých částic na elektrodě se stává silnější. Nabitá vrstva zabraňuje usazování nově příchozích částic. Účinnost čištění klesá.

Prach s nejvyšším elektrickým odporem — magnezit, sádra, oxidy olova, zinek atd. Čím vyšší je teplota, tím intenzivněji se nejprve zvyšuje odolnost vůči prachu (odpařováním vlhkosti) a poté odpor klesá. Navlhčením plynu a přidáním některých činidel (nebo částic sazí, koksu) můžete snížit odolnost prachu.

Při vstupu do filtru může být část prachu zachycena plynem a opět odvedena pryč, to závisí na rychlosti plynu a průměru sběrné elektrody. Sekundární unášení lze snížit okamžitým opláchnutím již zachyceného prachu vodou.

Proudově-napěťová charakteristika filtru je určována některými technologickými faktory.Čím vyšší je teplota, tím vyšší je korónový proud; stabilní provozní napětí filtru však klesá v důsledku poklesu průrazného napětí. Vyšší vlhkost znamená nižší korónový proud. Vyšší rychlost plynu znamená nižší proud.

Čím je plyn čistší – čím vyšší je korónový proud, tím je plyn prašnější – tím nižší je korónový proud. Pointa je, že ionty se pohybují více než 1000krát rychleji než prach, takže když jsou částice nabity, korónový proud klesá a čím více prachu je ve filtru, tím nižší je korónový proud.

V extrémně prašných podmínkách (Z1 25 až 35 g/m23) může korónový proud klesnout téměř na nulu a filtr přestane fungovat. Tomu se říká zamykání korunky.

Uzamčená koróna má za následek nedostatek iontů, které by poskytly prachovým částicím dostatečný náboj. Přestože se korunka jen zřídka zcela zablokuje, elektrostatický odlučovač nefunguje dobře v prašném prostředí.

V metalurgii se nejčastěji používají deskové elektrofiltry, vyznačující se vysokou účinností, odstraňují až 99,9 % prachu s nízkou spotřebou energie.

Při výpočtu elektrofiltru se počítá jeho výkon, účinnost provozu, spotřeba energie na vytvoření koróny a také proud elektrod. Výkon filtru se zjistí podle oblasti jeho aktivní části:

Při znalosti oblasti aktivní části elektrofiltru je pomocí speciálních tabulek vybrán vhodný design filtru. Chcete-li zjistit účinnost filtru, použijte vzorec:

Pokud je velikost prachových částic úměrná střední volné dráze molekul plynu (asi 10-7 m), pak rychlost jejich odchylky lze zjistit podle vzorce:

Rychlost driftu velkých aerosolových částic se zjistí podle vzorce:

Účinnost filtru pro každou prachovou frakci se vyrábí samostatně, poté se stanoví celková účinnost elektrostatického odlučovače:

Provozní intenzita elektrického pole ve filtru závisí na jeho konstrukci, vzdálenosti mezi elektrodami, poloměru korónových elektrod a pohyblivosti iontů. Obvyklý rozsah provozního napětí pro elektrofiltr je od 15 * 104 do 30 * 104 V / m.

Ztráty třením se obvykle nepočítají, ale jednoduše se předpokládají 200 Pa. Spotřeba energie na vytvoření koróny se zjistí podle vzorce:

Proud při sběru hutního prachu je stanoven takto:

Mezielektrodová vzdálenost elektrofiltru závisí na jeho konstrukci. Délka sběrných elektrod se volí v závislosti na požadovaném stupni zachycení prachu.

Elektrostatické odlučovače se obecně nepoužívají k zachycení prachu z čistých dielektrik a čistých vodičů. Problém je v tom, že vysoce vodivé částice se snadno nabíjejí, ale jsou také rychle vymrštěny na sběrnou elektrodu a jsou proto okamžitě odstraněny z proudu plynu.

Dielektrické částice se usazují na sběrné elektrodě, snižují její náboj a vedou ke vzniku reverzní koróny, která brání správnému fungování filtru. Běžný provozní obsah prachu pro elektrostatický odlučovač je nižší než 60 g/m23 a maximální teplota, při které se elektrostatické odlučovače používají, je +400 °C.

Viz také k tomuto tématu:

Elektrostatické filtry — zařízení, princip činnosti, oblasti použití