Sähköinen kaasunpuhdistus - sähköstaattisten suodattimien toiminnan fyysinen perusta

Jos johdat pölyisen kaasun vahvan sähkökentän vaikutusalueen läpi, niin teoriassa pölyhiukkaset saada sähkövaraus ja alkaa kiihtyä liikkuen sähkökentän voimalinjoja pitkin elektrodeihin, minkä jälkeen ne laskeutuvat niiden päälle.

Tasaisen sähkökentän olosuhteissa ei kuitenkaan ole mahdollista saavuttaa iskuionisaatiota massa-ionien syntymisellä, koska tällöin elektrodien välisen raon tuhoutuminen tapahtuu varmasti.

Mutta jos sähkökenttä on epähomogeeninen, iskuionisaatio ei johda raon hajoamiseen. Tämä voidaan saavuttaa esimerkiksi hakemalla ontto sylinterimäinen kondensaattori, lähellä keskuselektrodia, jossa sähkökentän jännitys E on paljon suurempi kuin lähellä ulompaa lieriömäistä elektrodia.

Keskielektrodin lähellä sähkökentän voimakkuus on suurin, kun taas siitä poispäin ulommalle elektrodille, voimakkuus E laskee ensin nopeasti ja merkittävästi ja jatkaa sitten laskuaan, mutta hitaammin.

Lisäämällä elektrodeihin kohdistettua jännitettä saamme ensin vakiokyllästysvirran ja lisäämällä jännitettä edelleen pystymme havaitsemaan sähkökentän voimakkuuden kasvun keskuselektrodilla kriittiseen arvoon ja iskun alkamisen. ionisaatio sen lähellä.

Kun jännitettä nostetaan edelleen, iskuionisaatio leviää yhä suuremmalle alueelle sylinterissä ja virta elektrodien välisessä raossa kasvaa.

Tämän seurauksena tapahtuu koronapurkaus ionien muodostuminen riittää varaamaan pölyhiukkasia, vaikka lopullista eroa ei koskaan tapahdu.

Koronapurkauksen saamiseksi pölyhiukkasten lataamiseksi kaasussa ei ole sopivaa vain sylinterimäinen kondensaattori, vaan myös erilainen elektrodien konfiguraatio, joka voi tarjota epähomogeenisen sähkökentän niiden välille.

Esimerkiksi laajalle levinnyt sähkösuodattimet, jossa epähomogeeninen sähkökenttä tuotetaan käyttämällä sarjaa rinnakkaisten levyjen väliin asennettuja purkauselektrodeja.

Kriittisen jännityksen ja kriittisen jännityksen, jossa korona esiintyy, määritys tapahtuu vastaavien analyyttisten riippuvuuksien perusteella.

Epähomogeenisessa sähkökentässä elektrodien väliin muodostuu kaksi aluetta, joiden epähomogeenisuusaste vaihtelee. Korona-alue edistää vastamerkkisten ionien ja vapaiden elektronien muodostumista ohuen elektrodin lähellä.

Vapaat elektronit ryntäävät negatiivisten ionien kanssa positiiviselle ulkoelektrodille, missä ne antavat sille negatiivisen varauksensa.

Täällä oleva korona erottuu merkittävästä tilavuudesta, ja elektrodien välinen päätila on täynnä vapaita elektroneja ja negatiivisesti varautuneita ioneja.

Putkimaisissa sähkösuodattimissa pölystä poistettava kaasu johdetaan halkaisijaltaan 20-30 cm pystysuorien putkien läpi putkien keskiakseleita pitkin venytetyillä 2-4 mm elektrodeilla. Putki on keräyselektrodi, jonka sisällä oleva pöly laskeutuu sen sisäpinnalle.

Levysuodattimessa on rivi purkauselektrodeja, jotka on keskitetty levyjen väliin, ja pöly laskeutuu levyille.Kun pölyinen kaasu kulkee tällaisen suottimen läpi, ionit imeytyvät pölyhiukkasiin ja siten hiukkaset varautuvat nopeasti. Latauksen aikana pölyhiukkaset kiihtyvät, kun ne liikkuvat kohti keräyselektrodia.

Pölyn liikkeen nopeuden määräävät tekijät ulkovyöhykkeellä koronapurkaus ovat sähkökentän vuorovaikutusta hiukkasvarauksen ja aerodynaamisen tuulen voiman kanssa.

Voima, joka saa pölyhiukkaset liikkumaan kohti keräyselektrodia Hiukkasten varauksen ja elektrodien sähkökentän vuorovaikutusvoima Coulomb-voima… Kun hiukkanen liikkuu kohti keräyselektrodia, aktiivinen kulonivoima tasapainotetaan pään vastusvoimalla. Hiukkasen siirtymisnopeus keräyselektrodille voidaan laskea vertaamalla nämä kaksi voimaa.

Hiukkasten kerrostumisen laatuun elektrodille vaikuttavat mm. partikkelikoko, niiden nopeus, johtavuus, kosteus, lämpötila, elektrodin pinnan laatu jne.Mutta tärkeintä on pölyn sähkövastus. Suurin vastus pöly on jaettu ryhmiin:

Pölyä, jonka ominaisvastus on alle 104 ohm * cm

Kun tällainen hiukkanen joutuu kosketuksiin positiivisesti varautuneen keräyselektrodin kanssa, se menettää välittömästi negatiivisen varauksensa ja saa välittömästi positiivisen varauksen elektrodille. Tällöin hiukkanen voidaan välittömästi kuljettaa helposti pois elektrodilta ja puhdistusteho heikkenee.

Pölyä, jonka ominaisvastus on 104 - 1010 Ohm * cm.

Tällainen pöly asettuu hyvin elektrodille, se ravistetaan helposti putkesta, suodatin toimii erittäin tehokkaasti.

Pölyä, jonka ominaisvastus on yli 1010 ohmia * cm.

Sähköstaattinen erotin ei kerää pölyä helposti. Saostuneet hiukkaset poistuvat hyvin hitaasti, negatiivisesti varautuneiden hiukkasten kerros elektrodilla paksunee. Varautunut kerros estää uusien hiukkasten laskeutumisen. Puhdistusteho heikkenee.

Pöly, jolla on suurin sähkövastus — magnesiitti, kipsi, lyijyoksidit, sinkki jne. Mitä korkeampi lämpötila, sitä voimakkaammin pölynkestävyys kasvaa ensin (kosteuden haihtumisen vuoksi) ja sitten vastus laskee. Kostuttamalla kaasua ja lisäämällä siihen reagensseja (tai nokihiukkasia, koksia) voit vähentää pölyn vastustuskykyä.

Suodattimeen joutuessaan kaasu saattaa kerätä osan pölystä ja kulkeutua takaisin pois, tämä riippuu kaasun nopeudesta ja keräyselektrodin halkaisijasta. Toissijaista imeytymistä voidaan vähentää huuhtelemalla jo kiinni jäänyt pöly välittömästi vedellä.

Suodattimen virta-jännite-ominaisuus määräytyy joidenkin teknisten tekijöiden perusteella.Mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi koronavirta; suodattimen vakaa käyttöjännite kuitenkin laskee läpilyöntijännitteen alenemisen vuoksi. Korkeampi kosteus tarkoittaa pienempää koronavirtaa. Suurempi kaasun nopeus tarkoittaa pienempää virtaa.

Mitä puhtaampi kaasu – mitä korkeampi koronavirta, sitä pölyisempi kaasu – sitä pienempi on koronavirta. Pääasia on, että ionit liikkuvat yli 1000 kertaa nopeammin kuin pöly, joten kun hiukkaset latautuvat, koronavirta pienenee ja mitä enemmän suodattimessa on pölyä, sitä pienempi koronavirta.

Erittäin pölyisissä olosuhteissa (Z1 25 - 35 g / m23) koronavirta voi pudota lähes nollaan ja suodatin lakkaa toimimasta. Tätä kutsutaan kruunulukitsemiseksi.

Lukittu korona johtaa siihen, että ionit eivät riitä varaamaan pölyhiukkasia. Vaikka kruunu harvoin lukittuu kokonaan, sähköstaattinen erotin ei toimi hyvin pölyisissä ympäristöissä.

Metallurgiassa käytetään useimmiten levysähkösuodattimia, joille on ominaista korkea hyötysuhde, jotka poistavat jopa 99,9% pölystä alhaisella energiankulutuksella.

Sähkösuodatinta laskettaessa lasketaan sen suorituskyky, toiminnan tehokkuus, energiankulutus koronan luomiseksi sekä elektrodien virta. Suodattimen suorituskyky selviää sen aktiivisen osan alueesta:

Kun tiedät sähkösuodattimen aktiivisen osan alueen, sopiva suodatinmalli valitaan erityisten taulukoiden avulla. Suodattimen tehokkuuden selvittämiseksi käytä kaavaa:

Jos pölyhiukkasten koko on verrannollinen kaasumolekyylien keskimääräiseen vapaaseen polkuun (noin 10-7 m), niin niiden poikkeaman nopeus voidaan löytää kaavasta:

Suurten aerosolihiukkasten kulkeutumisnopeus saadaan kaavasta:

Suodattimen tehokkuus kullekin pölyfraktiolle tuotetaan erikseen, minkä jälkeen sähköstaattisen erottimen kokonaistehokkuus määritetään:

Suodattimen sähkökentän toimintavoimakkuus riippuu sen rakenteesta, elektrodien välisestä etäisyydestä, koronaelektrodien säteestä ja ionien liikkuvuudesta. Sähkösuodattimen tavallinen käyttöjännitealue on 15 * 104 - 30 * 104 V / m.

Kitkahäviöitä ei yleensä lasketa, vaan niiden oletetaan olevan 200 Pa. Energiankulutus koronan luomiseen saadaan kaavasta:

Virta metallurgisen pölyn keräämisessä määritetään seuraavasti:

Sähkösuodattimen elektrodien välinen etäisyys riippuu sen rakenteesta. Keräyselektrodien pituus valitaan vaaditun pölynkeräysasteen mukaan.

Sähköstaattisia suodattimia ei yleensä käytetä pölyn keräämiseen puhtaista eristeistä ja puhtaista johtimista. Ongelmana on, että erittäin johtavat hiukkaset latautuvat helposti, mutta ne myös sinkoutuvat nopeasti keräyselektrodista ja poistuvat siksi välittömästi kaasuvirrasta.

Dielektriset hiukkaset laskeutuvat keräyselektrodille, vähentävät sen varausta ja johtavat käänteisen koronan muodostumiseen, mikä estää suodatinta toimimasta kunnolla. Sähkösuodattimen normaali käyttöpölypitoisuus on alle 60 g / m23, ja sähkösuodattimien käyttölämpötila on enintään +400 °C.

Katso myös tästä aiheesta:

Sähköstaattiset suodattimet — laite, toimintaperiaate, käyttöalueet