Контрольные вопросы:

1. Какое физическое явление лежит в основе фильтрации?

2. Какие физические механизмы возможны при прохождение газа через пористую среду?

3. Какие пористые перегородки используют в фильтрах для отчистки газов и каковы принципы их выбора?

4. Как классифицируются современные фильтры в зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации?

5. В чем заключается процесс регенерации фильтра?

6. Какие фильтры подвергаются регенерации?

7. В чем преимущество и недостатки тканевых фильтров?

8. В чем преимущество и недостатки зернистых фильтров?

9. В чем преимущество и недостатки волокнистых фильтров?

10. Почему волокнистые фильтры относятся к разряду нерегенирируемых?

Глава 5. Электрическая очистка газов

5.1. Физические основы работы электрофильтров

При пропускании запыленного газового потока через сильное электрическое поле частицы пыли получают электрический заряд, ускорение, заставляющее их двигаться вдоль силовых линий с последующим их осаждением на электродах. Вследствии того, что силы вызывающие осаждение частиц пыли приложены только к этим частицам, а не ко всему потоку газа расход энергии при электрической очистке значительно ниже, чем в большинстве пылеулавливающих аппаратов. При подаче напряжения на обкладки плоского конденсатора в цепи возникает незначительная сила тока, которая с повышением напряжения сначала немного увеличивается, а затем сохраняет постоянное значение называемое током насыщения. Это объясняется тем, что при постоянном уровне ионизации газа в движение приходят все имеющиеся в газовом промежутке ионы. При некотором критическом значении приложенного напряжения кинетическая энергия всех движущихся ионов достигает такой величины, что они при столкновении с нейтральными молекулами расщепляют последние на положительные и отрицательные ионы. Образовавшиеся молекулы ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс, как известно, приобретает цепной характер и называется ударной ионизацией. Благодаря равномерности электрического поля между обкладками конденсатора ударная ионизация протекает равномерно во всех точках межэлектродного промежутка и сила тока мгновенно возрастает – наступает искровой разряд. Поэтому для осуществления ударной ионизации без пробоя межэлектродного промежутка необходима организация ударной ионизации в неравномерном электрическом поле.

При подаче напряжения на обкладки цилиндрического конденсатора напряженность поля вблизи центрального электрода будет значительно больше, чем у внешнего. По мере удаления центрального электрода напряженность сначала уменьшается очень быстро, а затем медленнее. По мере роста напряжения область ударной ионизации расширяется, и сила тока проходящего через межэлектродный промежуток повышается.

Рис. 16. Зависимость силы тока коронного разряда от величины приложенного напряжения

Этот участок (1 - 2) диаграммы соответствует так называемому коронному разряду, при котором генерация ионов достаточна для зарядки пылевых частиц при отсутствии пробоя межэлектродного промежутка. При дальнейшем повышении напряжения область коронного разряда настолько увеличивается, что происходит искровой разряд (пробой). Во внутренней зоне коронного разряда в равном количестве образуются положительные и отрицательные ионы. Так как объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней зоны, то основная масса частиц пыли получает отрицательный заряд. Этим обусловлено осаждение основной массы пыли на положительном, осадительном электроде. Лишь небольшая часть частиц осаждается на отрицательном коронирующем электроде.

На процесс осаждения частиц влияют многочисленные факторы: проводимость и размер частиц; скорость, температура и влажность газа; состояние поверхности электрода и некоторые другие факторы. Эффективность улавливания частиц пыли в электрофильтрах зависит от удельного электрического сопротивления слоя уловленной пыли. По величине удельного сопротивления улавливаемые частицы пыли можно разделить на три группы.

1. Пыли с малым электрическим сопротивлением ( ), снижающие эффективность осаждения из-за подверженности процессу вторичного уноса.

2. Пыли с удельным сопротивлением , хорошо осаждающиеся на электродах и легко удаляемые встряхиванием.

3. Пыли с высоким удельным сопротивлением , которые труднее всего улавливаются в электрофильтрах. Пыли этой группы образуют прочный и плотный слой, трудноудаляемый с электродов.

Слой пыли, осажденный на электроде, обычно имеет поры трещины, в связи, с чем электрическое поле преобразуется в поле между двумя остриями, легко пробиваемое при невысоких напряжениях. Высокая напряженность поля в трещинах вызывает возникновение коронного разряда, сопровождающегося выделением ионов. Выделяющиеся положительные ионы движутся к коронирующему электроду навстречу отрицательно заряженным частицам пыли и частично нейтрализуют заряд последних. Это явление называемое обратной короной резко ухудшает работу электрофильтра. Появление обратной короны сопровождается значительным увеличением потребляемого тока (в несколько раз выше нормального) при сниженном напряжении на электродах. В настоящее время применяют два основных типа электрофильтров, схема которых приведены на рисунке17:

Рис.17. Принципиальные схемы электродов

а – пластинчатый электрофильтр.

б – трубчатый электрофильтр.

1 – коронирующий электрод

2 – осадительный электрод

3 – источник высоковольтного питания

В трубчатых электрофильтрах запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам, диаметром 200 – 250 мм, по оси которых натянут коронирующий электрод 1 – провод диаметром 2 – 4 мм. Другим осадительным электродом служит сама труба 2, по внутренней поверхности которой и оседает основная масса уловленной пыли. В пластинчатых электрофильтрах коронирующими электродами 1 являются также провода, того или иного сечения, натянутые в ряд между параллельными пластинами, которые служат осадительными электродами. Электрическое поле создается присоединением коронирующих и осадительных электродов к источнику выпрямленного тока высокого напряжения (50 – 100 квольт).

Кроме формы осадительных электродов электрофильтры классифицируются по расположению зон заряда (однозонные и двухзонные), по направлению движения газового потока (горизонтальные и вертикальные), по числу последовательно расположенных полей (однопольные и многопольные), по числу параллельно работающих секций (односекционные и многосекционные), по способу вывода уловленной пыли из электрофильтра (сухие и мокрые).