1.1. Расчет электрофильтров по программе «Эффективность

электрофильтра»

Электрофильтры являются аппаратами для очистки промышленных газов от твёрдых и жидких частиц. К преимуществам электрофильтров относятся:

• высокая – до 99% степень очистки;

• низкие энергетические затраты на улавливание частиц;

• возможность улавливания частиц размером до 0,1 мкм и менее (при этом концентрация частиц в газе может меняться от долей до 50 г/м³, а температура газа достигать 500˚ С);

• возможность работы под давлением и разрежением, а также в условиях воздействия агрессивных сред, возможность полной автоматизации процесса очистки.

Недостатком электрофильтра является:

• высокая чувствительность процесса электрической фильтрации газов к отклонениям от заданных параметров технологического режима и к незначительным механическим дефектам в рабочей зоне аппарата;

• эффективны только при улавливании частиц второй группы по удельному электрическому сопротивлению (см. таблицу 1 [1]).

Т а б л и ц а 1.1. Деление пыли на группы по удельному электрическому

сопротивлению

Группа	Удельное электрическое сопротивление слоя, Ом∙м
низкоомная пыль	менее 104
среднеоомная пыль	104…1010
высокоомная пыль	более 1010

В данной методике рассматривается расчет

Рис.1. 1. Активная зона пластинчатого электрофильтра

Последовательность расчета:

• предварительный расчет размеров электрофильтра;

• расчет эффективности электрофильтра;

• поверочный расчет.

Если в результате расчета эффективности электрофильтра она оказалась ниже требуемой, то проводится корректировка полученных в предварительном расчете размеров электрофильтра, и расчет эффективности повторяется.

Предварительный расчет электрофильтра.

Исходные данные:

• требуемая эффективность очистки η_треб;

• расход газа через электрофильтр q, м³/с;

• вид улавливаемых загрязнений.

Скорость движения газа через электрофильтр V принимают, согласно [2], равной 0,8…1,2 м/с.

Тогда

, (1.1)

, (1.2)

где S_ф – площадь поперечного сечения фильтра, м .

, (1.3)

где n – число межэлектродных промежутков,

В – высота активной части фильтра, м,

Н – расстояние между соседними коронирующим

и осадительным электродами, м.

В электрофильтрах Н = 0,050…0,100 м , а n и B – с учетом (1.3) такими, чтобы n·H ≈ B. (Значение Н можно принимать и исходя из данных о размерах стандартных электрофильтров; эти данные приведены, например, в [3].)

Длину активной части электрофильтра L, м определяют следующим образом:

, (1.4)

где ω – скорость дрейфа частиц, м/с; ее значение принимают

8,0∙10^-2…9,0∙10^-2 м/с.

Расчет эффективности электрофильтра

Исходные данные:

• данные об улавливаемых загрязнениях;

• закон распределения улавливаемых частиц по размерам. (Промышленная пыль обычно подчиняется логарифмическому нормальному закону распределения);

• среднемедианный размер частиц x_m, мкм;

• среднеквадратическое отклонение размера частиц σ, мкм.

Данные об очищаемом газе:

• температура газа t_газа, °С;

• параметры формулы Саттерленда для определения вязкости газа

μ₀, Па·с и С_с, К зависят от химического состава газа (в частности,

для воздуха μ₀=1,72·10^-5 Па·с, а С_с=122 К).

Данные о конструкции электрофильтра:

• длина активной части электрофильтра L, м;

• расстояние между соседними коронирующим и осадительным

электродами Н, м;

• скорость движения газа через электрофильтр V, м/с;

• разрежение в электрофильтре P, Па.

Параметры приведены в [2].

Сначала рассчитывают напряженность электрического поля между коро­нирующим и осадительным электродами (Е, В/м). При этом радиус корони­рующего электрода (R₁, мм) принимают равным 0,5…2 мм (для электродов с фиксированными точками разряда – остриями равным 0,3 мм [1]), расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду (S, м) принимают по рекоменда­циям [1] (обычно S≈H), а напряжение на электродах (U, В) определяют исходя из возмож­ностей стандартного оборудования (обычно U не превышает 40 кВ). Данные о характеристиках стандартных агрегатов питания электрофильтров cм. в [1], [4]. Затем рассчитывают коэффициент динамической вязкости газа (μ, Па∙с). После этого проводят расчет суммарной и парциальной эффективности электро­фильтра. Данный этап расчета реализован в программе

«Эффективность электрофильтра».

Методика расчета эффективности электрофильтра

Суммарная эффективность электрофильтра:

, (1.5)

где f – плотность вероятности распределения частиц пыли по размерам,

1/мкм;

η – парциальная эффективность улавливания частиц;

x – размер частиц пыли, мкм;

D – максимальный размер частиц пыли, присутствующих в газе.

, (1.6)

где ω – скорость дрейфа частиц пыли, м/с;

L – длина активной части электрофильтра, м;

H – расстояние между соседними коронирующим

и осадительным электродами, м;

V – скорость движения газа через электрофильтр.

Теоретически получены ([1],[4]) следующие выражения скорости дрейфа:

частиц с диаметром более 2 мкм:

, (1.7)

частиц с диаметром менее 2 мкм:

, (1.8)

где E – напряженность электрического поля между коронирующим и осадительным электродами В/м. (Предполагается, что на некотором расстоянии от коронирующего электрода электрическое поле становится однородным);

r – радиус частиц, м;

μ – коэффициент динамической вязкости газа, Па·с;

А – принимается в пределах 0,815…1,63;

λ – средняя длина свободного пробега молекул газа, м, ( [1]).

Практически (согласно [1],[4]) , где К_ω≈ 0,5.

Распределение пыли по размерам описывается логарифмическим нормальным законом:

, (1.9)

где х_m – среднемедианный размер частиц, мкм;

σ – среднеквадратическое отклонение размера частиц, мкм.

В методике расчета не учтен вторичный унос пыли, проскок пыли через неактивную зону электрофильтра. Методику можно применять для расчета эф­фективности улавливания пыли второй группы (удельное сопротивление ρ=5·10⁶…5·10⁹ Ом·м) в электрофильтрах, в которых неактивные зоны отсутст­вуют или надёжно перекрыты.

Расчет электрических параметров электрофильтра

Для пластинчатого электрофильтра (приближенно):

, (1.10)

где ε₀=8,85·10^-12 Ф/м,

k – подвижность ионов, м²/В·с;

S – расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду;

i₀ – линейная плотность тока короны, А/м

, (1.11)

где U – напряжение на электродах, В;

U_КР – критическое напряжение короны, В;

С – величина, зависящая от конструкции электрофильтра.

Для пластинчатого электрофильтра:

, (1.12)

где ν – величина, зависящая от отношения H/S. (См таблицу 1.2 [1]).

Т а б л и ц а 1.2. Значения параметра ν

H/S	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
ν	0,080	0,068	0,046	0,035	0,027	0,022	0,018	0,015	0,013	0,012

, (1.13)

где R₁ – радиус коронирующего электрода, м;

Е_КР – критическая напряженность электрического поля, В/м

, (1.14)

где

, (1.15)

где P_a=101325 Па– атмосферное давление при нормальных условиях;

P – разрежение в электрофильтре, Па;

t_газа – температура газа в электрофильтре, С°.

Расчет коэффициента динамической вязкости газа

Расчет проводят по формуле Саттерленда

, (1.16)

где для воздуха: µ₀ = 1,72·10^-5 Па·с;

С_с = 122 К;

T – температура газа, К.

Описание программы «Эффективность электрофильтра»

Программа предназначена для расчета эффективности сухого пластинчатого электрофильтра. Для расчета необходимы исходные и расчетные данные, полученные по изложенной методике.

Рис. 2. Результаты работы программы

В программе расчета использованы следующие формулы:

; (1.17)

; (1.18)

, (1.19)

где W – скорость дрейфа частиц размером (d-0,5δd);

eta – эффективность улавливания частиц с размером (d-0,5δd);

d – текущее значение диаметра, мкм;

δd – шаг счета, мкм.

Общая эффективность электрофильтра .

Алгоритм расчета

нет

да

Р а з д е л 2. МЕТОДИКИ И ЗАДАНИЯ

ПО ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА