19. Электрофильтры

Электростатическая очистка газов основана на электризации пыли и выделения ее из газа под действием электрического поля. При пропускании запыленного газового потока через сильное электрическое поле частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, заставляющее их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах.

Способ пригоден для улавливания пыли из самых разнообразных аэрозолей и туманов. Он позволяет очищать большие объемы газов в химической, металлургической, газовой и других отраслях промышленности. Особенно широко электростатическую очистку применяют для улавливания летучей золы из дымовых газов электростанций.

В аппаратах электростатической очистки запыленный газ пропускают через электрическое поле высокого напряжения, где он под действием поля ионизируется, т.е. часть молекул газа расщепляется на электроны и положительные ионы. Образующиеся отрицательно заряженные ионы, встречая на своем пути частицы пыли, отдают им свой заряд, пылинки начинают притягиваться к заземленным электродам и осаждаются на них.

Электрофильтры можно классифицировать по многим признакам. По расположению зон зарядки и осаждения электрофильтры делят на однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зоны зарядки и осаждения совмещены, а в двухзонных коронирующие и осадительные электроды разделены и размещены в разных конструктивных зонах. В соответствии с направлением движения газового потока фильтры разделяют на горизонтальные и вертикальные. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые, трубчатые и иногда шестигранные. По числу последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольными и многопольными, а по числу параллельно работающих секций односекционными и многосекционными. Вывод уловленной пыли из электрофильтра может осуществляться в сухом виде посредством встряхивания электродов и в мокром виде смывом водой. В соответствии с этим различают сухие и мокрые электрофильтры.

Включают в себя следующие основные элементы:

а) корпус электрофильтра;

б) узлы подвода, распределения и отвода очищаемых газов;

в) электроды, коронирующие и осадительные;

г) устройства для удаления условленной пыли с электродов;

д) изоляторные коробки – узлы для подачи на электроды высокого напряжения;

е) устройства для сбора и вывода уловленной пыли из аппарата.

Основным технологическим элементом, решающим образом влияющим на работу электрофильтра, являются электроды – коронирующие и осадительные.

Коронирующие электроды могут быть гладкими или иметь фиксированные точки разряда.

Гладкие электроды могут быть круглого, квадратного, звездообразного или ленточного сечений.

В целях снижения вторичного уноса применяют коробчатые и желобчатые электроды.

Коронирующие электроды с фиксированными точками разряда снабжены иглами, на которых и возникает коронный разряд. Меняя шаг игл и их высоту, можно получать определенное значение тока короны. Чаще всего применяют электроды из ленты со штампованными зубцами или шипами.

Подвод газов к электрофильтру и отвод из него должны обеспечивать равномерное распределение газов в аппарате. Сечение подводящих и отводящих газопроводов определяют, исходя из скорости газа около 20 м/с, обеспечивающей отсутствие осаждения пыли в газопроводе. При присоединении газопроводов к электрофильтру устанавливают диффузоры и конфузоры, необходимые для осуществления плавного перехода от скорости газа в газопроводе к значительно более низкой скорости газа в электрофильтре. При многосекционных электрофильтрах конструкция газопроводов должна позволять отключать отдельные секции.

На входе газов в электрофильтр устанавливают специальные устройства, выравнивающие скорости газа в сечении электрофильтра: направляющие аппараты, распределительные решетки.

Оборудование для электростатической очистки газов подразделяют на сухие и мокрые электрофильтры.

Рис. 3. Электрофильтры: а, г – двупольные вертикальные электрофильтры; б - многопольный горизонтальный электрофильтр; в – однопольный вертикальный электрофильтр

При приемке электрофильтра особое внимание нужно уделить качеству и центровке коронирующих электродов. Если диаметры электродов различны, то при возникновении короны на тонких электродах коронирования на более толстых электродах не происходит. В случае повышения напряжения для получения короны на толстых электродах на тонких электродах может наступить пробой. При неправильной центровке в месте сближения электродов пробой может произойти раньше, чем в остальных местах начнется устойчивое коронирование.

Влияние скорости газов. С увеличением скорости газов уменьшаются размеры и, следовательно, стоимость электрофильтра. С другой стороны, уменьшается время пребывания частиц в аппарате. Кроме того, с увеличением скорости возрастают турбулентность потока и вторичный унос уже уловленных частиц. В большинстве случаев электрофильтр работает достаточно хорошо, если время пребывания частиц в активной зоне составляет 8 – 12 с, что обычно соответствует скорости газового потока 1,0 – 1,5 м.

Влияние параметров газа. Во-первых, вследствие адсорбции молекул воды частицами пыли увеличивается проводимость пылевого слоя, а во-вторых, тем, что с повышением влажности растет величина пробойного напряжения. Это позволяет работать при более высоких напряженностях электрического поля. Температура газа отрицательно влияет на работу электрофильтра. С повышением температуры снижается величина пробойного напряжения и увеличиваются вязкость газа, а также объемы и скорости газа. Повышение давления газа отрицательно сказывается на эффективности работы электрофильтра из-за снижения подвижности ионов.

Физико-химические свойства топлива и технология его сжигания также влияют на скорость дрейфа частиц.

Повышение запыленности газа сверх определенного предела ухудшает эффективность фильтра в связи с уменьшением ионного тока. Появляются признаки частичного запирания короны, которое для многих пылей может перейти в полное запирание короны уже при запыленности газа свыше 20 – 25 г/м3. Кроме того, высокая запыленность газов усложняет удаление пыли с электродов, повышает нагрузку на опорные конструкции электродов, интенсивность работы и износ встряхивающих механизмов. С увеличением размеров частиц до 20 – 25 мкм возрастает эффективность улавливания. Наибольшая эффективность наблюдается при размерах частиц 20 – 40 мкм.

Чистота электродов – один из важнейших факторов нормальной эксплуатации электрофильтров. При хорошо проводящей пыли диаметр коронирующего электрода как бы возрастает и требует увеличения начального напряжения короны. При плохо проводящей пыли коронирующий электрод покрывается изолирующим слоем и коронирование может вообще прекратиться. При накоплении большого слоя пыли на осадительных электродах снижается активное напряжение на электродах, повышается вторичный унос уловленной пыли и вследствие неровной поверхности слоя возникает способность пробоя на его выступах.

Все промышленные электрофильтры работают в настоящее время при отрицательной полярности коронирующего электрода. Основанием для этого являются: а) бóльшая подвижность отрицательных ионов, заполняющих внешнюю зону коронного разряда, по сравнению с положительными; б) более высокое значение пробивного напряжения, чем при короне положительного знака; в) более устойчивый характер коронного разряда.