2.3.1.4. Сепарація пилу в електрофільтрах

Електрична очистка - один з найдосконаліших видів очистки газів від пилу. Цей процес базу­ється на ударній іонізації газу в зоні коронуючого розряду, передачі заряду іонів частинкам пилу і осадження останніх на осаджувальних та коронуючих електродах.

Забруднені гази, які поступають в електрофільтр, завжди виявля­ються частково іонізованими за рахунок різних зовнішніх факторів (за рахунок тертя у стінки трубопроводів і обладнання), тому вони можуть проводити струм, потрапляючи в простір між двома електродами. Ве­ли­чи-на сили струму залежить від числа іонів і напруги між електрода­ми. При збільшенні на­пруги, в рух між електродами залучається все більше іонів і величина струму зростає до тих пір, поки до руху не залу­чаються всі іони, які присутні в газі. При цьому величина сили струму стає постійною (струм насичення), не зважаючи на подальший ріст на­пруги. При де­якій достатньо високій напрузі іони і електрони, які руха ються між електродами, настільки прискорюються, що при зіткненні з молекулами газу іонізують їх, перетворюючи нейтральні молекули газу в позитивні іони і електрони. Новостворені іони і електрони приско­рюються електричним полем і, в свою чергу, іонізують нові молекули газу. Цей процес, який названий ударною іонізацією газу, протікає три­вало тільки в неоднорідному електричному полі, яке ха­рактерне для циліндричного конденсатора. У просторі між заземленими короную-чим та оса­джувальним електродами утворюється електричне поле змінної напруги за силовими лініями, які направлені від коронуючого до осаджувального електроду або навпаки. На електроди по­дається по­стійна напруга. Залежність зміни сили струму між електродами від напруги пока­зана на рис. 3.8.

К оронуючий розряд виникає при високих напругах, які досягають 50 кВ і більше. Аерозольні частинки, які потрапляють в зону між коронуючим і осаджувальним електродами, адсорбу­ють на своїй поверхні іони, набуваючи електричного заряду і електричним полем одержують при­скорення, яке направлене в сторону електроду зі зарядом протилежного знаку. Процес за­ряд-жання частинок залежить від рухливості іонів, траєк­торії руху і часу перебування части­нок в зоні коронуючого розряду. Враховуючи, що в повітрі і димових газах рухливість нега­тивних іонів вища, ніж позитивних, в електрофільтрах часто створюється корона не­гативної полярності. Час заряджання частинок невеликий і вимірюється долями секунди. Рух заряджених частинок до осаджувального електроду проходить під дією аеродинамічних сил, сил взаємодії електричного поля і заряду частинки, сил тяжіння і сили тиску електрич­ного вітру. Під дією аеро­динамічних сил частинки рухаються за напрямком основного потоку газу із швидкістю, що наближається до швидкості газового потоку, яка складає 0,5-2,0 м/с. Основою, яка викликає рух частинок до осаджу­валь-ного електроду є сила взаємодії між елек­тричним полем і зарядом частинки.

Рис. 3.8. Залежність сили струму від напруги між електродами.

Електричний вітер, який виникає в місцях генерації іонів, тобто у коронуючого електрода, і який викликає циркуляцію газу в міжелектродному просторі зі швидкістю 0,5-1,0 м/с, зумов­лений механічною взаємодією іонів, які рухаються, з молекули газу і частинками пилу. Цей вітер впливає на рух частинок до осаджувального електроду і на переміщення іонів і частинок пилу в міжелектродному просторі. Отже, негативно заряджені щетинки пилу руха­ються до осаджувального електроду, а позитивно і заряджені частинки пилу осаджуються на негативному коронуючому електроді. Більшість частинок пилу набувають негативного за­ряду, тому основна маса пилу виділяється на осаджувальному електроді.

Важливе значення на процес осадження пилу на електродах має елект­рична протидія шарів пилу. За величиною електричної протидії розрізня­ли і, гри групи пилу:

- пил з малою питомою електричною протидією (< 10⁴Ом·см). При зіткненні з електро­дом, пил миттєво втрачає свій заряд набуваючи заряду електроду, після чого між електро­дом і частинками пилу виникає електростатичне відштовхування, яке прагне повернути ча­стинки пилу в газовий потік;

- пил з питомою електричною протидією ~ 10⁴ - 10¹⁰ Ом·см. Та­кий пил добре осаджується на електродах і легко видаляється з них при струшуванні;

+ пил з питомою еле­ктричною протидією понад 10'¹⁰ Ом·см. Такий пил най­важче вловлюється в електрофільтрах, тому що на електродах частинки тілу повільно розряджаються, що зат-рудняє їх осадження. Для зниження питомої електричної протидії пилу проводять зволоження запиленого газу. Конструкція електрофільтрів визначається умовами його роботи з врахуванням складу та вла­стивостей очищувальних газів, концентрації та властивостей пилу, параметрів газового по­току, необхідної ефективності тощо. В промисловості залежно від способу видалення пилу з електродів, електрофільтри поділяють на мокрі та сухі, а також з періодичним або постійним видаленням пилу.

Сухі електрофільтри рекомендуються для тонкої очистки газів від пилу різного виду.В корпу-сі електрофільтра встановлені коронуючий та осаджувальний елект­роди, а рівномірний підвід очищувального газу до елект­родів досягається встановленням роз­подільної решітки на вході у фільтр. Періодична очистка електродів проводиться струшуван­ням за допомогою спеціаль­ного механізму.

В мокрих фільтрах на корону­ючий електрод подається ви­сока постійші напруга до 100 кВ. При критичній напрузі електричного поля, яка за нор­мальних умовах складає до 15 кВ/см, у поверхні короную­чо-го елект­роду проходить ін­тен-сивна ударна іонізація газу, яка супроводжується виник­ненням коронуючого розряду, що не розповсюджується на весь міжелектродний простір. На­пруженість поля зменшується в напрямку осаджувального електроду.

Рис. 3.9. Двохзонний електрофільтр.

Виникненню короную­чого розряду відповідає кри­тична напруга, яка в промислових електрофільтрах складає 20-40 кВ. Га­зові іони різної полярності, які утворюються в зоні корони під дією елек­тричного поля рухаються до протилежно заряджених електродів, внаслі­док чого в міжелектродному просторі виникає струм, який називають стру­мом корони.

Для очистки вентиляційних викидів з малою концентрацією пилу використовуються двох­зонні фільтри різних типів. Потік повітря в такому фільтрі проходить послідовно крізь зони іонізації і осадження, а також через противиносний пористий фільтр. Накопичений на елект­родах пил періодично змивають водою. Забруднений газ проходить крізь іонізатор, до складу якого входять позитивні (1) і негативні (2) електроди. Іонізатор зроблено так, щоб при швидкості - 2 м/с частинки пилу встигли зарядитись, але ще не осіли на нктродах. Заряджені частинки газовим потоком захоплюються в осаджувач, який становлять систему пластин - електродів 3 і 4. Заряджені частинки осаджуються в полі осаджувана на пластинах протилеж­ної полярності. Відстань між пластинами (6-7 мм) обирають так, щоб при порівняно невисокій напрузі (7 кВ) між пластинами досягалась напруженість 80-100 В/м, що достатньо для осадження частинок мікронних та субмікронних розмірів.

Для одержання високої ефективності очистки необхідно забезпечити рівномірний підвід газу до електрофільтру. Це забезпечується використанням розподільних пристроїв.

При використанні електрофільтрів для очистки повітря від аерозолів горючіх речовин необхідно, щоб максимальна температура аерозольної суміші була на 20-25°С нижчою від температури спалаху вловлюваної рідини, а максимальна концентрація горючої рідини в аерозольній суміші – не менше ніж на один порядок нижчою нижньої концентрації межі займистості даної суміші. Це дозволяє усунути можливість запалення фільтрату в електрофільтрі.

Електрофільтри відрізняються універсальністю, яка полягає в наступному:

* ступінь дисперсності пилу практично не впливає на ефективність очистки газу, яка досягає 99,0-99,9%, при високій продуктивності (до 10⁶ м³/год);

* концентрація пилу також не впливає на ступінь очистки газу;

* широкий діапазон температур очищувальних газів;

* малий гідравлічний опір (100-200 Па);

* малі питомі витрати енергії на очистку газів (0,1-0,5 кВт·год на 1000 м³ газу).

Електрофільтри мають три основних недоліки. Перший полягає в тому, що виикористання елек­трофільтрів вимагає відносно великих питомих ка­піталовкладень. Другий недолік полягає в тому, що при збільшенні напруги на електродах для інтенсифікації процесу вловлювання часток пилу можливий пробій міжелектродного простору і, як наслідок, виникнення іскрового або дугового розряду, що порушує роботу електрофільтрів. Третій недолік полягає в тому, що необхідне постійне навантаження по газу.