Метода Электрофильтры и сепараторы Малахова 2014

10

Контрольные вопросы

1.В каких электроустановках применяют электрофильтры?

2.На чем основан принцип действия электрофильтров?

3.Как влияет скорость движения частиц в электрофильтрах?

4.Влияние напряженности поля на процесс фильтрации.

5.Зачем в схемах электроустановок с фильтрами необходимо применить повышающий трансформатор?

6.Недостатки работы установок с электрофильтрами.

3.2. Установки электросепараторов

Электросепарация (электростатическое обогащение) – отделение ценных компонентов от пустой породы разделение смесей, основанное на взаимодействии сильных электрических полей и электрически заряженных диспергированных веществ.

Применение электросепараций рассмотрим на примере обогащения угля.

Электрический метод обогащения основан на различной проводимости минеральных частиц разного состава. При соприкосновенности с заряженным электродом частицы с большей проводимостью получают большой заряд, а диэлектрики практически остаются незаряженными. Смесь заряженных минеральных частиц подвергается воздействию сильного электрического поля. В электрическом поле на заряженную частицу, помимо сил веса, трения, сопротивления воздуха и инерции, действует сила Кулона, зависящая от величины заряда частицы. Кроме того, имеет место действие пондермоторных сил, вызываемых неоднородностью электрического поля. Однако их действие по сравнению с силой Кулона ничтожно, и при электрическом обогащении может не учитываться. Практически траектория сепарируемых частиц в электрическом сепараторе определяется отношением силы веса частицы и электрической силы Кулона.

Величина силы Кулона, действующей на небольшую заряженную частицу

11

где Е – напряженность электрического поля; Qэ – электрический

заряд частицы. Эта сила направлена по касательной к силовой линии поля в данной точке.

Вес частицы зависит от ее объема и плотности материала, следовательно, он пропорционален диаметру частицы в кубе. Величина максимального электрического заряда, который может иметь частица, зависит от размера ее поверхности, т. е. пропорциональна диаметру частицы в квадрате. Следовательно, электрическое обогащение эффективно для мелких частиц. Однако наличие весьма тонких пылеватых частиц (менее 30 мкм) в обогащаемом материале нежелательно, так как пыль образует аэрозоль, обволакивает элементы сепаратора и более крупные частицы материала и блокирует действие электрических сил.

Практически эффективное разделение минералов в электрических сепараторах достигается при крупности частиц 0,1-2 мм (иногда до 6 мм).

Электрические заряды на частицах возникают в основном при соприкосновении с заряженными электродами, при трении друг о друга и о поверхности, по которым они движутся, а также при движении в поле коронного разряда.

Электрические свойства минералов зависят даже от незначительных примесей влаги. Поэтому параметры электрического обогащения выбираются в результате опытных исследований применительно к обогащаемому материалу.

На практике наибольшее применение находят два типа электрических сепараторов: электростатический и коронный. В электростатическом сепараторе исходный материал поступает на вращающий барабан, являющийся одним из электродов электрической системы. Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода, соединенного с источником высокого напряжения, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены. Зарядившись, частицы падают и подвергаются действию электрического поля.

На рис. 7 показана схема многоступенчатого электростатического сепаратора с одним противостоящим плоским электродом. Сепаратор применяется для обогащения угольной мелочи (0,1-1,0 мм влажностью до 1 %). При соприкосновении с барабаном 4 породные частицы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противостоящему электроду 3 и собираются в приемник

13

Поэтому на частицу, кроме электрических сил притяжение и силы веса, ощутимо действует центробежная сила. Бункер 2, загрузочный лоток 3, барабан 1 и корпус сепаратора заземлены. Перегородки между приемными бункерами 6, имеют регулируемые козырьки 5. Для снятия наиболее плотно удерживающихся на барабане частиц служит вращающаяся щетка 4. Высокое напряжение коронирующему электроду подается через контакт 7.

Промышленный коронный сепаратор ИГДАН состоит из трех последовательных каскадов с барабанами диаметром 300 мм длиной 2 м. Барабаны пустотелые металлические с полированной хромированной поверхностью. Трубчатые нагреватели, встроенные в барабаны, могут нагревать их поверхность от 320 до 570 К (от 50 до 300 ºC). Коронирующие электроды выполнены из тонкостенных трубок ( 20 мм) и врезанных в них лезвий (толщиной 0,1 мм), направленных в сторону барабанов. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды – 50 кВ, пробивное напряжение 80 кВ, максимальный ток 50 мА. Суммарный расход электроэнергии (включая привод барабана) – 1,5 кВт ч/т к.п.д. сепаратора более 95 %. Общая производительность сепаратора до 30 т/ч.

Питание сепараторов осуществляется постоянным током высокого напряжения. Основными элементами системы высоковольтного питания сепаратора являются высоковольтный трансформатор, выпрямитель и регулятор высокого напряжения. Сепараторы могут работать с пульсирующим током высокого напряжения, поэтому в системе питания могут использоваться одно-, двух-, и трехполупериодные выпрямители.

Для выпрямления переменного тока высокого напряжения в системах питания электросепараторов рекомендуется применять катодные выпрямители – кенотроны, используемые в рентгеновских установках. Кенотрон представляет собой мощную вакуумную лампу – диод.

На (рис. 9) показана схема питания высоковольтного коронного электрического сепаратора с однополупериодным выпрямителем тока при помощи кенотрона. Один конец высоковольтной обмотки трансформатора Т рl соединен с анодом кенотрона К, катод

которого заземлен, а второй (отрицательный) – с коронирующим электродом сепаратора С. Второй электрод сепаратора (металличе-

14

ский барабан) заземлен и таким образом через землю соединен с положительным полюсом высокого напряжения.

Рис. 9. Схема питания высоковольтного коронного сепаратора

Условием нормальной работы кенотрона является бесперебойный накал катода (от отдельного источника тока через трансформатор накала Tр 2 ) в соответствии с паспортными данными.

Регулирование высокого напряжения обычно осуществляется при помощи автотрансформаторов, установленных в системе питания высоковольтного трансформатора.

Высоковольтная установка монтируется в специальной металлической кабине. Дверь кабины снабжается блокировкой, отключающей напряжение при ее открывании. Подача высокого напряжения в сепаратор осуществляется при помощи трубчатых шин или специального высоковольтного кабеля КВР, применяемого в рентгеновских установках. Все соединения высоковольтных проводников пропаиваются.

Наличие опасного высокого напряжения требует особо тщательного соблюдения правил техники безопасности при обслуживании электросепараторов. При работе коронных электросепараторов кроме того выделяются вредные газы.

Контрольные вопросы

1.Сущность метода электросепарация?

2.Какие существуют схемы установок электросепарации?

3.Где применяется электростатический сепаратор? Какие требования к установкам электростатической сепарации?

15

4.Где применяется коронный сепаратор? Какие требования к установкам коронной сепарации?

5.Какой ток применяют для установок сепарации? К какой категории потребителей относят установки элетросепарации?

6.Как осуществляется регулирование высокого напряжения в системах с электросепараторами?

7.Для чего в схемах с сепараторами применяют катодные выпрямители?

3.3. Установки электростатической окраски

Сущность метода окраски распылением в электростатическом поле высокого напряжения (до 140 кВ) состоит в том, что между окрашиваемым изделием и коронирующим электродом создается постоянное электрическое поле, в которое вводится распыленный лакокрасочный материал. На коронирующий электрод подается отрицательный потенциал, а изделие заряжается положительно, так как в этом случае ионизация воздуха проходит более интенсивно и при меньшем напряжении.

Схема установки для окрашивания деталей в электрическом поле с электромеханическим распылением краски показана на (рис. 10).

Рис. 10. Схема установки для электроокраски

Высоковольтный трансформатор 1 повышает напряжение до 100-140 кВ; ток высокого напряжения выпрямляется выпрямителем 2 и подводится к электромеханическим распылителям 8, около которых возникает электрическое поле.

Окрашиваемые детали 6 перемещаются конвейером 5. При этом ролики с петлями, подвесками и деталями, свободно сидящие на конце хвостовика, соединенного с цепью конвейера 5, катятся по

16

направляющей планке, жестко укрепленной в камере 9, и вращают окрашиваемые детали (6-10 об/мин) в электрическом поле, что способствует более равномерному распределению краски по всей поверхности.

Конвейер с металлическими деталями заземлен, а электродвигатель 10 и зубчатые передачи устанавливаются на изоляционных стойках; поэтому, перемещаясь в электрическом поле около наэлектризованных распылителей, металлические детали 6 приобретают наведенный заряд, противоположный по знаку заряду распылителей. Насос 3 по изолированному шлангу и трубчатым осям 7 распылителей подает краску на внутренние поверхности головок распылителей, приводимых во вращение электродвигателем посредством зубчатых передач с частотой вращения около n 900 об/мин.

Под действием центробежной силы краска слоем стекает на острые кромки головок распылителей и распыляется.

В пространстве между распылителями и окрашиваемыми изделиями непрерывно создается аэрозоль из электрически заряженных частиц краски. Под действием электрического поля заряженные частицы краски движутся к противоположно заряженным металлическим изделиям и осаждаются на них ровным (за счет взаимного отталкивания частиц краски с одинаковым по знаку зарядом) слоем.

Вентиляция красочной камеры от растворителей производится с помощью вытяжного устройства 4.

Окрашивание в электрическом поле имеет следующие преимущества:

а) значительная экономия лакокрасочных материалов (до 40÷50 % по сравнению с обычной окраской воздушным распылителем), существенное уменьшение туманообразования при распылении краски;

б) возможность нанесения слоя краски любой практически необходимой толщины

в) равномерное покрытие; г) высокая производительность окраски;

д) полная автоматизация процесса окрашивания, улучшающая санитарно-гигиенические условия труда.

Полнота осаждения распыленной краски характеризуется коэффициентом осаждения K :

в электрическом поле с применением воздушного распыления краски влияют: разность потенциалов; расстояние между коронирующими электродами и окрашиваемыми деталями; давление воздуха, распыляющего краску; материал окрашиваемых деталей; форма коронирующих электродов и т. п.

емыми деталями.

Различают два типа высоковольтных систем электростатических краскораспылителей: классическую и каскадную.

В случае классических (внешних) высоковольтных систем (рис. 12) высокое напряжение постоянного тока подается непосредственно на краскораспылитель от трансформатора (источника высокого напряжения) при помощи высоковольтного кабеля.

К достоинствам краскораспылителей, в которых используется классическая высоковольтная технология, относятся простота конструкции и отсутствие электронных элементов в корпусе краскораспылителя; сравнительно малый вес краскораспылителя, встроенная защита от короткого замыкания; меньшая стоимость краскораспылителя и хорошая ремонтопригодность, а к недостаткам – нестабильность высокого напряжения на электроде, отсутствие неза-

18

висимого выключателя электрического питания на краскораспылителе.

Рис. 12. Ручной краскораспылитель (пистолет) классический

В каскадных (встроенных) высоковольтных системах (рис. 13) высокое напряжение постоянного тока генерируется на специальном каскадном трансформаторе, встроенном в краскораспылитель. При этом напряжении 12 В постоянного тока подается на краскораспылитель при помощи низковольтного кабеля, а затем преобразуется на каскаде в высокое напряжение постоянного тока.

Рис. 13. Электростатический распылитель с каскадной высоковольтной системой высокого напряжения

К достоинствам краскораспылителей с каскадной высоковольтной технологией относятся:

– стабильность высокого напряжения на электроде и связанная с этим равномерность зарядки материала;

19

– наличие встроенного в краскораспылитель регулятора высокого напряжения и независимого выключателя электрического питания.

Окрашивание изделий с современными электростатическими краскораспылителями в виде пистолета (рис. 12, 13) намного облегчает покраску изделий в труднодоступных местах или окрашивание, например, конструкции труба. Для равномерного окрашивания трубы традиционным методом, пришлось бы переворачивать ее несколько раз. Электростатическое распыление препятствует образованию окрасочного тумана (рис. 14). Корпус пистолета меньше по габаритам, легче по весу и легко управляем. Расход материала небольшой.

Рис. 14. Направление движения частиц лакокрасочного материала

Заряженные частицы ЛКМ движутся к окрашиваемому изделию по силовым линиям электростатического поля (рис. 15, а, б)

а б

Рис. 15. Направление движения частиц лакокрасочного материала: а – традиционное распыление; б – электростатическое распыление