5.1.2. Основы расчета электрофильтров

Принципиальная схема электрофильтра – аппарата для электрической очистки газа – приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема электрофильтра: а – трубчатый электрофильтр; б – пластинчатый электрофильтр; 1 – осадительный электрод трубчатый; 2 – коронирующий электрод с натяжным грузом; 3 – осадительный электрод пластинчатый; 4 – источник высоковольтного питания

Принцип метода электрической очистки газов основан на ионизации газа, пропускаемого в электродном пространстве с неоднородным электрическим полем высокой напряженности, вызывающим ионизацию газовой среды. Находясь в ионизированном пространстве, частицы пыли (тумана) приобретают электрический заряд (как правило, избыточный отрицательный) и осаждаются на электроде противоположного знака.

Процесс электрической очистки газов в электрофильтре можно условно разделить на 3 стадии: зарядка частиц аэрозоля; движение заряженных частиц к электродам; осаждение частиц на электродах с последующим механическим выделением из зоны очистки. Заряд частиц формируется, обычно, в первые 0,1 секунды контакта с неоднородным электрическим полем.

При расчете эффективности улавливания пыли в электрофильтре точные результаты могут быть получены только при использовании эмпирических методик основанных на результатах испытаний в производственных условиях электрофильтров того же типа. Описанные методики трудны для реализации при ручном расчете, поэтому приводится упрощенный метод расчета теоретически возможной степени очистки, при идеальных условиях работы электрофильтра.

Исходными параметрами являются:

- размер частиц (для монодисперсной пыли) d;

- состав газа;

- температура газа t_г;

- расход газа при рабочих условиях (газовая нагрузка) V_г, м³/с;

- рекомендуемая для данного типа электрофильтра скорость газа w_г, м/с.

С учетом исходных параметров рассчитывают площадь активного сечения по формуле:

.

(4.1)

По вычисленной величине F_а.с. выбирают подходящий типоразмер электрофильтра и выбирают следующие параметры: разность потенциалов между коронирующим и осадительным электродами U (В) и расстояние между ними с (м), общая площадь осадительных электродов F и т.д.

Теоретическую степень очистки можно определить по формуле Дейча:

(4.2)

где w_д – скорость дрейфа, м/с; f – удельная поверхность осаждения, м²/(м³/с).

В общем случае, для электрофильтра любой конструкции, параметр f равен поверхности осадительных электродов, деленной на газовую нагрузку:

,

(4.3)

где F – общая площадь осадительных электродов, м²; V_г – расход газовой фазы, м³/с. Учитывая конструктивные особенности различных видов электрофильтров, формулы для определения удельной поверхности f будут иметь вид:

для трубчатого электрофильтра:

,

(4.4)

где L – активная длина поля, м; R – радиус осадительного электрода, м;

для электрофильтра с шестигранными осадительными электродами:

,

(4.5)

где S – периметр шестигранного осадительного электрода, м; F_с.э. – площадь поперечного сечения шестигранного осадительного электрода, м²;

для пластинчатого электрофильтра:

,

(4.6)

где с – расстояние между осадительным и коронирующим электродом в электрофильтре.

Важным параметром при расчете эффективности работы электрофильтров по формуле Дейча (4.5) является величина скорости движения частиц пыли к осадительным электродам, называемая скоростью дрейфа w_д, м/с. Скорость дрейфа в промышленных электрофильтрах составляет до нескольких десятков сантиметров в секунду.

Для частиц диаметром больше 1 мкм скорость дрейфа прямо пропорциональна размеру частиц и квадрату значения напряженности поля. Частицы диаметром менее 1 мкм движутся со скоростью, не зависящей от их размера и определяемой напряженностью поля. Данные утверждения отражены в следующих расчетных формулах. Скорость дрейфа заряженных частиц пыли диаметром более 1 мкм в электрическом поле:

,

(4.7)

где E – средняя напряженность поля, В/м; d – диаметр частиц, м;  – динамическая вязкость газовой фазы при рабочих условиях, Пас, и для пылегазовой смеси, содержащей частицы диаметром менее 1 мкм:

.

(4.8)

Средняя напряженность поля (В/м) определяется формулой:

E = U / c,

(4.9)

где U – разность потенциалов между коронирующим и осадительным электродами, В; с – расстояние между ними, м.

Следует отметить, что представленная выше методика применима только для расчета эффективности улавливания в электрофильтре монодисперсной пыли, т.е. такой пыли диаметры частиц, которой приблизительно равны.

Для определения теоретически возможной эффективности улавливания полидисперсной пыли необходимо разбить диапазон изменения размера частиц на n участков (фракций), для каждой фракции определяют средние значения размеров частиц и затем рассчитывают соответствующие фракционные степени улавливания ^Ф_i по известной методике. Общую степень очистки  для n фракций определяют по формуле (4.10).

.

(4.10)

где Ф_i – отношение массы пыли i-той фракции к массе всей пыли, %.

Полученная по формуле (4.2) теоретически возможная эффективность очистки, превышает фактическую, т.к. при расчете не учитываются ряд факторов, упомянутых в начале раздела, снижающих эффективность работы электрофильтра. Для получения более точных данных о степени очистки в электрофильтрах вместо w_д в (4.2) используют величину эффективной скорости дрейфа w_э. В уравнение для определения w_э входят параметры, учитывающие факторы, влияющие на процесс очистки в электрофильтре.

5.1.3. Методы и средства мокрой механической очистки отходящих газов

Конструкции аппаратов мокрой очистки весьма разнообразны. Основные типы, варьируясь в некоторых деталях, создают все многообразие конкретных конструкций.

Для промышленной реализации были рекомендованы: 1) центробежные скрубберы (циклоны с водяной пленкой); 2) барботажные и пенные пылеуловители; 3) струйно-пенные аппараты; 4) скрубберы Вентури; 5) полые скрубберы; 6) насадочные скрубберы; 7) механические скрубберы (вентиляторные мокрые пылеуловители); 8) скрубберы ударно-инерционного действия и ряд специфических модификаций для прецизионных технологий.