3. Очистка газов в электрофильтре

3.1. Принцип действия электрофильтров

Осаждение твердых или жидких взвешенных частиц в электрофильтрах происходит под действием электрических сил, возникающих в электрическом поле высокого напряжения. Газ, проходящий через электрическое поле, ионизируется. Частицы пыли получают заряд от ионов газа и движутся к заземленному осадительному электроду. Попав на заземленный уловитель, твердые частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает слоем твердых частиц, они стряхиваются под воздействием вибрации, пыль собирается в бункере и выводится из электрофильтра.

Частицы получают заряд в электрофильтре в поле коронного разряда. Ионизационные процессы при коронном заряде сосредоточены в узкой области вблизи короны, где напряженность поля наибольшая. В зоне ионизации присутствуют положительные ионы и электроны, которые при выходе из зоны ионизации превращаются в отрицательные ионы. Положительные ионы быстро разряжаются в зоне коронирующего электрода. Во внешней зоне коронного разряда присутствуют только отрицательные ионы, которые сообщают твер­дым взвешенным частицам электрический заряд, заставляющий их двигаться под действием поля в направлении, перпендикулярном потоку газа со скоростью, называемой скоростью дрейфа частиц W_D.

Для создания коронного разряда (синего свечения) необходимо высокое критическое напряжение U_o (B) и определенная критическая напряженность электрического поля E_o (В/м). С ростом запыленности газа критическая напряженность электрического поля должна возрастать, поэтому в элект­рофильтр поступает газ с запыленностью не более 90 г/м³ газа и с размером частиц пыли не более 20 мкм. В противном случае пыль может снова попасть в поток газа как при встряхивании осадительных электродов, так и за счет уноса. Толщина слоя пыли на осадительном электроде обычно составляет 1−2 мм.

На степень очистки газа от пыли оказывает влияние скорость газа: чем она меньше, тем выше степень очистки. Рекомендуется принимать скорость газа в диапазоне. F_фактор = 0,6 − 1,2.

К электрофильтру обычно подводят напряжение постоянного тока U = 20000  80000 В. Оно должно быть несколько больше критического напряжения U_o, при котором происходит коронный разряд, но ниже возможности образования между электродами дуги.

U_o можно рассчитать:

− для трубчатого электрофильтра

, (46)

− для пластинчатого электрофильтра

, (47)

где − критическая напряженность электрического поля, В/м;

− радиус коронирующего электрода, м;

− радиус осадительного электрода, м;

Н − расстояние между пластинами в пластинчатом электрофильтре, м;

d − расстояние между коронирующими электродами, установленными между пластинами, м.

С уменьшением уменьшается критическое напряжение U_o, поэтому коронирующие электроды изготавливают из тонкой нихромовой проволоки R = 1− 2 мм.

Величины и Н рекомендуется принимать 100−250 мм, d = 50 мм.

Для каждого электрофильтра есть вольтамперная характеристика. На рис.6 показан пример вольт-амперной характеристики коронирующего электрода электрофильтра. Величина зависит от конструкции коронирующего электрода [1, 10] и значения величины максимальной плотности тока для различных коронирующих электродов представлены в табл. 10.

Номинальный ток определяют по длине электрода .

I = i  L  1000, (48)

где i – удельный ток короны на единицу длины коронирующего электрода, мА/м.

L – длина коронирующего электрода, м.

Для электрофильтра помимо вольтамперной характеристики важными параметрами являются:

– активный объем V_акт , величина которого зависит от времени пребывания запыленного газа в электрическом поле . Рекомендуется принимать  = 2 – 5 секунд.

– площадь активного сечения F_акт зависит от скорости движения газа W_г.

, (49)

. (50)

– площадь поверхности осаждения F_ос для трубчатого фильтра равна

. (51)

– гидравлическое сопротивление ΔР, обычно не превышает 100–150 Па.

В качестве обобщенной характеристики электрофильтра используется удельная мощность, подводимая к электрофильтру

(52)

Она находится в диапазоне 360–1800 Дж/м³.

К достоинствам электрофильтров следует отнести их высокую степень очистки  = 0,985 0,999, т.е. они могут чистить газ до концентрации пыли 5 мг/м³, высокую производительность от 10 тыс. м³/ч до 1 миллиона и низкое гидравлическое сопротивление. Затраты энергии на очистку 1 тыс. м³ газа составляют порядка 0,1–0,5 КВт.

Рис. 6. Вольтамперная характеристика коронирующего электрода, выполненного из нихромовой нити (см. [10])

К недостаткам эксплуатации электрофильтров следует отнести высокие капитальные затраты, связанные с установкой трансформаторов и выпрямителей, для получения постоянного тока высокого напряжения. В электрофильтрах можно чистить газ от пыли, не создающей взрывоопасных концентраций. К взрывоопасным пылям относятся пыли пластмасс и металлов: магния, алюминия, цинка.

Таблица 10

Тип коронирующего электрода	U, кВ	i, мА/м
Цилиндрический  3 мм	50	0,052
	65	0,296
	80	0,663
Штыковой	50	0,066
	65	0,31
	80	0,673
Игольчатый с шагом иголок h = 20 мм	28,8	0,052
	50	0,372
	65	0,74
	80	1,2
h = 40 мм	26,5	0,052
	50	0,392
	65	0,74
	80	1,17
h = 60 мм	27,9	0,053
	50	0,342
	65	0,665
	80	1,075
h = 80 мм	30,72	0,052
	50	0,301
	65	0,592
	80	0,96
h = 120 мм	29,8	0,053
	50	0,261
	65	0,5
	80	0,81