1.1. Расчет электрофильтров по программе «Эффективность

электрофильтра»

Электрофильтры являются аппаратами для очистки промышленных газов от твёрдых и жидких частиц. К преимуществам электрофильтров относятся:

• высокая – до 99% степень очистки;

• низкие энергетические затраты на улавливание частиц;

• возможность улавливания частиц размером до 0,1 мкм и менее (при этом концентрация частиц в газе может меняться от долей до 50 г/м³, а температура газа достигать 500˚ С);

• возможность работы под давлением и разрежением, а также в условиях воздействия агрессивных сред, возможность полной автоматизации процесса очистки.

Недостатком электрофильтра является:

• высокая чувствительность процесса электрической фильтрации газов к отклонениям от заданных параметров технологического режима и к незначительным механическим дефектам в рабочей зоне аппарата

• эффективны только при улавливании частиц второй группы по удельному электрическому сопротивлению (см. таблицу 1 [1]).

Т а б л и ц а 1.1. Деление пыли на группы по удельному электрическому

сопротивлению

Группа	Удельное электрическое сопротивление слоя, Ом∙м
низкоомная пыль	менее 104
среднеоомная пыль	104…1010
высокоомная пыль	более 1010

Установка для электрической очистки газов состоит из электрофильтра, агрегатов питания и систем транспорта уловленной пыли. Электрофильтр состоит из металлического корпуса с размещенными внутри него осадительными и коронирующими электродами и устройством для удаления с электродов пыли. На входе в электрофильтр, а часто и на выходе из него, для выравнивания скорости потока газа по сечению устанавливаются газораспределительные устройства.

Сущность процесса электрической фильтрации газов заключается в следующем: газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии коронирующих электродов, находящихся под постоянным высоким напряжением; при достаточно высокой напряженности электрического поля у поверхности коронирующего электрода возникает коронный разряд и происходит интенсивная ионизация газа. Ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноимённым электродам, вследствие чего возникает электрический ток короны. Улавливаемые частицы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осаждённые частицы удаляются встряхиванием или промывкой электродов.

Исходные данные для расчета эффективности сухого пластинчатого электрофильтра.

Исходными данными являются:

• расход газа через электрофильтр q, м³/с;

• требуемая эффективность очистки η_треб.

В данной методике рассматривается расчет

Рис.1. 1. Активная зона пластинчатого электрофильтра

Последовательность расчета:

• предварительный расчет размеров электрофильтра;

• расчет эффективности электрофильтра;

• поверочный расчет.

Если в результате расчета эффективности электрофильтра она оказалась ниже требуемой, то проводится корректировка полученных в предварительном расчете размеров электрофильтра, и расчет эффективности повторяется.

Предварительный расчет электрофильтра.

Исходные данные:

• Требуемая эффективность очистки η_треб;

• Расход газа через электрофильтр q, м³/с;

• Вид улавливаемых загрязнений.

Скорость движения газа через электрофильтр V принимают, согласно [2], равной 0,8…1,2 м/с.

Тогда:

, , (1.1)

, (1.2)

где: S_ф – площадь поперечного сечения фильтра, м .

, (1.3)

где: n – число межэлектродных промежутков,

В – высота активной части фильтра, м,

Н – расстояние между соседними коронирующим

и осадительным электродами, м.

В электрофильтрах Н = 0,050…0,100 м , а n и B – с учетом (1.3) такими, чтобы n·H ≈ B. (Значение Н можно принимать и исходя из данных о размерах стандартных электрофильтров; эти данные приведены, например, в [3].)

Длину активной части электрофильтра L, м определяют следующим образом:

(1.4)

где: ω – скорость дрейфа частиц, м/с; ее значение принимают

8,0∙10^-2…9,0∙10^-2 м/с.

Расчет эффективности электрофильтра.

Исходные данные:

• Данные об улавливаемых загрязнениях;

• Закон распределения улавливаемых частиц по размерам. (Промышленная пыль обычно подчиняется логарифмическому нормальному закону распределения) ;

• Среднемедианный размер частиц x_m, мкм;

• Среднеквадратическое отклонение размера частиц σ, мкм.

Данные об очищаемом газе:

• Температура газа t_газа, °С;

• Параметры формулы Саттерленда для определения вязкости газа

μ₀, Па·с и С_с, К зависят от химического состава газа (в частности,

для воздуха μ₀=1,72·10^-5 Па·с, а С_с=122 К).

Данные о конструкции электрофильтра:

• Длина активной части электрофильтра L, м;

• Расстояние между соседними коронирующим и осадительным

электродами Н, м;

• Скорость движения газа через электрофильтр V, м/с;

• Разрежение в электрофильтре P, Па.

Параметры приведены в [2].

Сначала рассчитывают напряженность электрического поля между коронирующим и осадительным электродами (Е, В/м). При этом радиус коронирующего электрода (R₁, мм) принимают равным 0,5…2 мм (для электродов с фиксированными точками разряда – остриями – равным 0.3 мм [1]), расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду (S, м) – по рекомендациям [1] (обычно S≈H), а напряжение на электродах (U, В) – исходя из возможностей стандартного оборудования (обычно U не превышает 40 кВ). Данные о характеристиках стандартных агрегатов питания электрофильтров cм. в [1], [4]. Затем рассчитывают коэффициент динамической вязкости газа (μ, Па∙с). После этого проводят расчет суммарной и парциальной эффективности электрофильтра. Данный этап расчета реализован в программе

«Эффективность электрофильтра».

Методика расчета эффективности электрофильтра

Суммарная эффективность электрофильтра:

, (1.5)

где: f – плотность вероятности распределения частиц пыли по размерам,

1/мкм,

η – парциальная эффективность улавливания частиц,

x – размер частиц пыли, мкм,

D – максимальный размер частиц пыли, присутствующих в газе.

, (1.6)

где: ω – скорость дрейфа частиц пыли, м/с,

L – длина активной части электрофильтра, м,

H – расстояние между соседними коронирующим

и осадительным электродами, м,

V – скорость движения газа через электрофильтр.

Теоретически получены ([1],[4]) следующие выражения скорости дрейфа:

частиц с диаметром более 2 мкм:

, (1.7)

частиц с диаметром менее 2 мкм:

, (1.8)

E – напряженность электрического поля между коронирующим и осадительным электродами В/м. (Предполагается, что на некотором расстоянии от коронирующего электрода электрическое поле становится однородным),

r – радиус частиц, м,

μ – коэффициент динамической вязкости газа, Па·с,

А – принимается в пределах 0,815…1,630,

λ – средняя длина свободного пробега молекул газа, м, ( [1]).

Практически (согласно [1],[4]) , где К_ω≈0,5.

Распределение пыли по размерам описывается логарифмическим нормальным законом

, (1.9)

где: х_m – среднемедианный размер частиц, мкм,

σ – среднеквадратическое отклонение размера частиц, мкм.

В методике расчета не учтен вторичный унос пыли, проскок пыли через неактивную зону электрофильтра. Методику можно применять для расчета эффективности улавливания пыли второй группы (удельное сопротивление ρ=5·10⁶…5·10⁹ Ом·м) в электрофильтрах, в которых неактивные зоны отсутствуют или надёжно перекрыты.

Расчет электрических параметров электрофильтра

Для пластинчатого электрофильтра (приближенно):

, (1.10)

где: ε₀=8,85·10^-12 Ф/м,

k – подвижность ионов, м²/В·с,

S – расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду,

i₀ – линейная плотность тока короны, А/м.

, (1.11)

где: U – напряжение на электродах, В,

U_КР – критическое напряжение короны, В,

С – величина, зависящая от конструкции электрофильтра.

Для пластинчатого электрофильтра:

, (1.12)

где: ν – величина, зависящая от отношения H/S. (См таблицу 1.2 [1]).

Т а б л и ц а 1.2. Значения параметра ν

H/S	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
ν	0,080	0,068	0,046	0,035	0,027	0,022	0,018	0,015	0,013	0,012

, (1.13)

где: R₁ – радиус коронирующего электрода, м,

Е_КР – критическая напряженность электрического поля, В/м.

, (1.14)

где:

, (1.15)

где: P_a=101325 Па– атмосферное давление при нормальных условиях,

P – разрежение в электрофильтре, Па,

t_газа – температура газа в электрофильтре, С°.

Расчет коэффициента динамической вязкости газа

Расчет проводят по формуле Саттерленда

, (1.16)

где для воздуха: µ₀ = 1,72·10^-5 Па·с,

С_с = 122 К.

T – температура газа, К.

Описание программы «Эффективность электрофильтра»

П рограмма предназначена для расчета эффективности сухого пластинчатого электрофильтра. Для расчета необходимы исходные и расчетные данные, полученные по изложенной методике.

Рис. 2. Результаты работы программы

В программе расчета использованы следующие формулы:

, (1.17)

, (1.18)

, (1.19)

где W – скорость дрейфа частиц размером (d-0,5δd),

eta – эффективность улавливания частиц с размером (d-0,5δd),

d – текущее значение диаметра, мкм,

δd – шаг счета, мкм.

Общая эффективность электрофильтра .

Алгоритм расчета

нет

да

Задание для самостоятельного решения

Рассчитать пластинчатый электрофильтр для очистки 30 000 сухого запы­ленного газа с температурой t_г = 70°С. Наименьший размер улавливаемых час­тиц 0,2 мк. Расстояние между пластинами осадительных электродов 150 мм, диаметр про­волоки коронирующего электрода 2 мм, градиент напряжения Е= 3 кB/см. (Справочные материалы: средний пробег молекул воздуха при t=0 l = 1,12 см, формула для пересчета при заданной температуре имеет вид , см, коэффициент динамической вязкости кгс )

Р а з д е л 2. МЕТОДИКИ И ЗАДАНИЯ

ПО ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА