5.2. Расчет электрофильтра

Для расчета необходимо сначала выбрать тип электрофильтра, удовлетворяющего будущим условиям эксплуатации. После этого следует определить размеры электрофильтра, обеспечивающего очистку необходимого по условиям эксплуатации объемного расхода газов. Затем проводят расчет электрических параметров, определяют скорость дрейфа и эффективность работы электрофильтра.

В процессе расчета электрофильтров определяются следующие параметры:

1. Критическая напряженность электрического поля, Е_кр (В/м):

а) для отрицательной полярности коронирующего электрода

Е_кр = 3,04 [( + 0,0311( / R₁)^1/2] 10⁶; (5.1 а)

б) для положительной полярности коронирующего электрода

Е_кр = 3,37 [( + 0,0242( / R₁)^1/2] 10⁶ ; (5.1 б)

где  - отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях при Т = 20 ^О С и Р = 101,3 кПа

 = [(Р_бар  Р_г) 293] / [ 101,3 10⁵(273 + T_г)], (5.2)

где Р_бар – барометрическое давление, кПа; Р_г – разрежение или избыточное давление в газоходе, кПа; T_г – температура газов, ^О С; R₁ – радиус коронирующего электрода, м.

2. Критическое напряжение, U_кр (В):

а) для трубчатого осадительного электрода и гладкого проволочного коронирующего электрода

U_кр = Е_кр R₁ ln(R₂/ R₁), (5.3 а)

б) для системы, состоящей из пластинчатых осадительных электродов и проволочных коронирующих электродов

U_кр = Е_кр R₁[(H/S) – ln(2 R₁ /S)], (5.3 б)

где U_кр - критическое напряжение, В; Е_кр - критическая напряженность электрического поля, В/м; R₂ - радиус трубчатого осадительного электрода, м; H - расстояние между коронирующими и осадительными электродами, м; S - расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду, м.

В промышленных электрофильтрах при обычно применяемых значениях R₁ = 0,001  0,002 м; R₂ = H = 0,1  0,15 м значение критического напряжения находится в пределах U_кр = 20  40 кВ.

3. Линейная плотность тока, i₀ (А/м):

i₀ = CU(U - U_кр), (5.4)

где U - напряжение подаваемое на электрофильтр, В; U_кр - критическое напряжение короны, В;  С - постоянная, зависящая от конструкции электрофильтра и подвижности ионов.

а) для трубчатого электрофильтра:

С = 2К / [910⁹ R₂² ln (R₂/R₁)]; (5.5 а)

б) для пластинчатого электрофильтра:

С = 4 ² К f / {910⁹ [( H / S) - ln (2R₁/ S)]}; (5.5 б)

где К - подвижность ионов газа при рабочих условиях (м²/Вс); f – коэффициент, зависящий от отношения H/S:

H/S	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
f	0,08	0,068	0,046	0,035	0,027	0,022	0,0175	0,015	0,013	0,0115

Подвижность ионов газа при рабочих условиях К определяется по формуле:

К = [ K₀ (273+T_г) 101,3] / [273 (P_бар  P _г)], (5.6)

где K₀ - подвижность ионов газа при нормальных условиях, м²/Вс.

Значения подвижности отрицательных ионов (К10⁴) при нормальных условиях в различных газовых средах (м²/(Вс)):

Азот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	1,84/1,28,	Углекислый газ (сухой). . . . . . .	0,96/ -,
Водород. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8,13/5,92,	Окись углерода. . . . . . . . . . . . . .	1,15/1,11,
Кислород. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	1,84/1,32,	Сернистый ангидрид. . . . . . . . .	0,41/0,41,
Воздух (сухой). . . . . . . . . . . . . . . .	2,1 /1,32,	Водяной пар при 100ОС. . . . . . .	0,57/0,62

__________________________

Примечание: Числитель - для отрицательных ионов, знаменатель - для положительных ионов.

4. Напряженность электрического поля, Е (В/м):

Е = [ (8 i₀H) / (4K₀S)] ^1/2. (5.7)

где ₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума (₀ = 8,8410^-12 Ф/м).

5. Скорость дрейфа частиц пыли к осадительным электродам.

а) для крупных частиц скорость дрейфа определяется по формуле, w_д (м/с):

w_д = 0,11810^-10 Е² r /, (5.8,а)

где r – радиус частицы, м;  - динамический коэффициент вязкости газов, Нс/м².

б) для мелких частиц, w‘_д (м/с):

w‘_д = 0,1710^-11 ЕС_к / , (5.8,б)

где С_к - поправка Кенингема-Милликена (С_к = 1+А/r); А - численный коэффициент, равный 0,815 - 1,63;  - средняя длина свободного пробега молекул газа ( = 10 ^-7 м).

6. Эффективности очистки газов может быть определена следующим образом:

а) при точных оценках с учетом фракционного состава частиц пыли и скорости их дрейфа определяется по уравнению Дейча:

 = 1 - exp(-w_д f ), (5.9)

где f - удельная поверхность осаждения:

f = S / V, (5.10)

где S - площадь поверхности осаждения осадительных электродов, м²; V - объемный расход очищаемых газов, м³/с.

б) в приближенных расчетах для оценки эффективности работы электрофильтра с учетом вторичного уноса пыли, проскока частиц через неактивные зоны расчет степени очистки газа проводится по следующей методике:

 = 1 - exp(-К_ун А _э ^0,42 ), (5.11)

где К_ун - обобщенный коэффициент вторичного уноса; А и _э - безразмерные параметры.

Обобщенный коэффициент вторичного уноса определяется из выражения:

К_ун = 1 - 0,275 К₁ К₂ К₃; (5.12)

где К₁ - коэффициент относительной высоты осадительных электродов:

К₁ = (h/h₀)^0,51, (5.13)

где h/h₀  – относительная высота осадительных электродов (h₀ = 8 м); К₂ - коэффициент относительной скорости газа:

К₂ = (w /w₀)^0,35, (5.14)

где w/w₀ – относительная скорость газов (w₀ = 1 м/с); К₃- коэффициент относительной пылеемкости электродов:

К₃ = exp(-1,72 m/ m₀), (5.15)

где m/m₀ – относительная пылеемкость электродов (m₀ = 1 кг/м²).

Параметр _э, аналогичный по структуре показателю экспоненты в формуле Дейча равен:

_э =  Е²d₅₀ L / w k_w  H, (5.16)

где  - диэлектрическая постоянная, К² /Нм²; Е - напряженность поля у осадительного электрода, В/м; d₅₀ - медианный диаметр частиц, м; L - активная длина электрофильтра, м; w - средняя скорость газа в активном сечении, м/с; k_w -коэффициент неравномерности газораспределения; H - расстояние между коронирующим и осадительным электродами, м.

Параметр А зависит от отношения площадей активной и неактивной зон электрофильтра F, среднего квадратичного отклонения размеров частиц  и параметра k:

k = (T/d₅₀)[(4,1510^-7/ Р) + (5,4710^-4/E ) ], (5.17)

где Т - температура газа, К; Р - давление газа, мм рт. ст.

Значение параметра А в формуле (5.11) можно выбирают из графика ([3], рис. 14.4).

7. Запыленность газа после электрофильтра определяют по формуле, z” (мг/м³):

z”= z’ (1-  ), (5.18)

где z’ - концентрация пыли перед электрофильтром, мг/м³.