Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка газов от частиц в электрофильтрах

При наличии дисперсной фазы в межэлектродном промежутке суммарный объемный заряд будет определяться уже не только объемным зарядом ионов, а и объемным зарядом заряженных частиц, находящихся в промежутке.

При определенной концентрации дисперсной фазы объемный заряд частиц становится соизмеримым с объемным зарядом ионов и начинает существенным образом влиять на процессы развития разряда. Система уравнений, описывающая процессы в межэлектродном промежутке может быть представлена в виде:

где u средняя скорость движения газовой среды, индексы i и p относятся соответственно к ионам и частицам.

Так как подвижность ионов k >> Bq, ток определяется в основном ионной составляющей. Объемный заряд частиц играет роль отрицательной обратной связи. Частицы пыли в поле коронного разряда приобретают заряд того же знака, что и знак короны. Подвижность заряженных частиц пыли мала по сравнению с подвижностью ионов. Заряженные частицы пыли создают собственное электрическое поле, вектор которого направлен встречно полю ионов коронного разряда, и это обстоятельство заставляет ионы замедлять свое движение от коронирующего электрода к осадительному электроду. Кроме того, электрическое поле объемного заряда частиц пыли снижает напряженность электрического поля на поверхности коронирующего электрода и тем самым уменьшает ток коронного разряда. В результате ток короны значительно уменьшается. Это явление уменьшение тока короны называется запиранием тока короны. При этом, как следствие, ухудшается зарядка частиц пыли. Изменение плотности ионного тока, концентрации частиц и их среднего заряда по длине электрофильтра, представленное на рис.3, наглядно демонстрирует процесс запирания коронного разряда при высоких входных концентрациях дисперсной фазы.

Рис.3. Изменение тока, концентрации и заряда частиц по длине электрофильтра

На представленном рисунке можно выделить три характерные зоны. В зоне I происходит сравнительно быстрая зарядка частиц до заряда, при котором ток из-за запирания коронного разряда падает практически до нуля. Концентрация частиц из-за кратковременности этой стадии изменяется незначительно. В зоне II из-за осаждения частиц концентрация уменьшается, что приводит к частичному отпиранию тока короны и медленной подзарядке частиц, такой, что плотность объемного заряда частиц всегда остается близкой к запирающей. При приближении заряда к предельному скорость зарядки резко уменьшается. Начиная с этого момента (зона III электрофильтра) уменьшение концентрации не может быть скомпенсировано увеличением заряда частиц и коронный разряд постепенно отпирается, что сопровождается ростом тока.

Формирование слоя частиц на электроде и возникновение обратного коронного разряда

Сопротивление пыли, которая улавливается электродами, может изменяться в очень широких пределах, что в свою очередь существенно влияет на процесс улавливания пыли. Условно пыль разделяют на три группы по уровням удельного сопротивления.

К первой группе относится хорошо проводящая пыль, имеющая удельное сопротивление _v 10² Омм. Пыль первой группы улавливается плохо, так как при осаждении частицы быстро перезаряжаются, отталкиваются от электрода и уносятся потоком газа.

К пыли второй группы относят пыль, удельное объемное сопротивление которой лежит в пределах 10² _v 10⁸ Омм. Пыль второй группы улавливается хорошо в электрофильтрах. Заряд частиц пыли равномерно стекает на осадительный электрод по мере осаждения новых частиц и подхода к слою ионов. Таким образом, частицы хорошо удерживаются на поверхности слоя в процессе пылеулавливания.

К пыли третьей группы относится пыль с удельным объемным сопротивлением _v 10⁸ Омм. Эта пыль наиболее трудно улавливается из-за возникновения обратной короны. Частицы, осевшие на осадительный электрод, долго сохраняют свой заряд из-за высокого сопротивления частиц пыли. Заряды, содержащиеся в слое, определяют распределение напряженности электрического поля в слое.

Рис. 4. Распределение напряженности поля внутри порошкового слоя для 1 диэлектрических; 2 полупроводящих; 3 проводящих частиц

На рис. 4 представлены три характерных случая распределения напряженности поля внутри слоя частиц в зависимости от их проводимости.

Посмотрим, как изменяется напряженность электрического поля в слое для заряженных диэлектрических частиц. По уравнению Пуассона:

.

Для одномерного случая

.

Разделяем переменные и интегрируем:

Решением является:

E = E_k/_сл + x/(_сл0).

То есть получили линейную зависимость от координаты x.

Итак, для диэлектрических и полупроводящих частиц по мере роста толщины слоя напряженность растет и может даже существенно превысить внешнюю напряженности поля, несмотря на то, что _возд < _сл. В газовых включениях, имеющихся внутри слоя, начинаются ионизационные процессы, которые приведут к пробою всего слоя. В результате пробоя образуется кратер, порошок из которого выбрасывается в межэлектродный промежуток. После пробоя слоя вокруг кратера начинается также разряд по поверхности, который снимает поверхностный заряд. В результате этих ионизационных процессов начинается эмиссия ионов противоположного знака в межэлектродный промежуток. Это явление носит название обратного коронного разряда. Установлено, что пробой слоя наступает при _v > 10⁸ 10⁹ Омм. Это соотношение принято считать критерием возникновения обратного коронного разряда.

Время возникновения обратного коронного разряда легко определить из условия зарядки слоя без учета утечек зарядов через слой.

E_слсл E_к = /₀,

где Е_сл напряженность в слое частиц, Е_к напряженность поля коронного разряда у поверхности слоя.

Учитывая, что = jt, получим при возникновении обратной короны:

E_{пр слсл} E_к =jt_ок/₀,

где Е_{пр сл} пробивная напряженность в слое частиц, t_ок время возникновения обратного коронного разряда.

Время возникновения обратного коронного разряда будет равно:

t_ок = 2 _сл0(E_{пр сл} E_к/_сл)/j.

Здесь введен поправочный коэффициент равный 2, который учитывает переход от начальной формы к интенсивному обратному коронному разряду, оказывающему существенное влияние на процессы в электрофильтре.

Наличие обратного коронного разряда отрицательно влияет на процесс очистки газа в электрофильтре в силу следующих причин:

Из-за появления в межэлектродном промежутке объемного заряда противоположного знака снижается напряженность поля у поверхности осадительного электрода;

Происходит частичная разрядка и даже перезарядка частиц порошка приближающихся к осадительному электроду;

Усиливается вторичный унос частиц с поверхности слоя в результате их перезарядки.

При интенсивном обратном коронном разряде процесс осаждения может полностью прекратиться. Наибольшее распространение получили три способа борьбы с этим вредным явлением:

Кондиционирование топочных газов, например, введением аммиака, приводит к снижению удельного объемного сопротивления ниже критического уровня;

Импульсное питание коронирующих электродов, снижающее поток ионов к поверхности слоя. Уменьшение плотности тока приводит к замедлению нарастания напряжения на слое и, следовательно, к уменьшению вероятности возникновения обратной короны;

Знакопеременное питание электрофильтра позволяет изменять полярность постоянного напряжения на коронирующих электродах электрофильтра на противоположную в момент, когда напряжение на слое приблизится к напряжению возникновения обратной короны. Таким образом, на осадительном электроде формируется общий слой пыли, состоящий из тонких противоположно заряженных слоев пыли, что в конечном итоге снижает напряженность электрического поля в слое пыли и уменьшает вероятность возникновения обратной короны.

Конструкция электрофильтров

Используются электрофильтры имеют различной конструкции. Они бывают трубчатые (рис 5, а) и пластинчатые (рис 5, б).

а) б)

Рис. 6.5. Конструкции электрофильтров: а) трубчатый, б) пластинчатый многопольный

Трубчатые электрофильтры аппараты с вертикальным потоком газа. Подлежащие очистке газы проходят внутри трубчатых осадительных электродов, по оси которых располагаются коронирующие провода. Слой пыли периодическим встряхиванием электродов удаляется в пылесборник, находящийся в нижней части электрофильтра.

Пластинчатые электрофильтры аппараты с осадительными электродами в виде пластин, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Между пластинами расположены коронирующие электроды, укрепленные на рамах. В одном корпусе электрофильтра может быть расположено несколько независимых последовательно расположенных систем электродов, или, как принято их называть в практике газоочистки, электрических полей.

Огромную роль в достижении максимальной эффективности пылеулавливания играет конструктивное исполнение коронирующих и осадительных электродов.

Коронирующие электроды можно разделить на две группы (рис. 6). К первой группе относятся электроды, которые не имеют фиксированных коронирующих точек. При отрицательной короне - отрицательной полярности коронирующих электродов - светящиеся точки располагаются вдоль электрода на разных расстояниях друг от друга в зависимости от состояния поверхности электрода. Типичные виды электродов этой группы: круглый диаметром 24 мм, квадратный со стороной 34 мм и штыкового сечения, вписывающийся в квадрат со стороной 45 мм (рис. 6, а).

Ко второй группе относятся электроды с фиксированными точками разряда по их длине. Типичными видами этих электродов являются колючая проволока, пилообразные и игольчатые электроды (рис. 6, б). Электроды второй группы при равных напряжении и межэлектродном расстоянии обеспечивают значительно больший ток короны, чем электроды первой группы. Легче обеспечивается необходимая механическая прочность. В настоящее время получили широкое распространение коронирующие электроды ленточно-игольчатого типа. Они легко изготавливаются путем штамповки и при наличии достаточной механической прочности обладают хорошими электрическими жарактеристиками.

а) б) в)

Рис.6. Электроды электрофильтров а) - гладкие коронирующие электроды; б) - коронирующие электроды с фиксированными точками разряда; в) - осадительные электроды

Осадительные электроды электрофильтров также имеют разнообразную форму: они имеют гладкую поверхность без острых углов, необходимую для обеспечения высокой напряженности электрического поля, и полости, позволяющие стряхивать пыль с минимальным вторичным уносом (рис. 6,в).

Для успешной работы электрофильтров имеет важное значение установка коронирующих проводов точно по оси между осадительными пластинами. До настоящего времени применялись аппараты с расстоянием между осадительными электродами 275 мм. Шаг между коронирующими проводами составляет 100200мм. Имеется тенденция к увеличению расстояния между осадительными электродами до 450 мм и даже до 600 мм. Опытно-промышленные испытания таких электрофильтров показали, что, несмотря на предсказания теории, снижение степени очистки не происходит, так как существенно возрастает пробивное напряжение промежутков.

Размещено на Allbest.ru