Elektromos gáztisztítás - az elektrosztatikus leválasztók működésének fizikai alapja
Ha poros gázt vezet át egy erős elektromos tér hatászónáján, akkor elméletileg porrészecskéket elektromos töltést szerezni és gyorsulni kezd, az elektromos tér erővonalai mentén haladva az elektródákhoz, majd lerakódik rajtuk.
Egyenletes elektromos tér körülményei között azonban tömegionok generálásával nem lehet ütési ionizációt elérni, mivel ebben az esetben az elektródák közötti rés tönkremenetele biztosan bekövetkezik.
De ha az elektromos tér inhomogén, akkor az ütési ionizáció nem vezet a rés felbomlásához. Ezt például pályázattal lehet elérni üreges hengeres kondenzátor, a központi elektróda közelében, amelyen az E elektromos térfeszültség sokkal nagyobb lesz, mint a külső hengeres elektróda közelében.
A központi elektróda közelében az elektromos térerősség maximális lesz, míg attól távolodva a külső elektródához az E erősség először gyorsan és jelentősen csökken, majd tovább csökken, de lassabban.
Az elektródákra adott feszültség növelésével először állandó telítési áramot kapunk, a feszültség további növelésével pedig a központi elektródán az elektromos térerősség kritikus értékre való növekedését és a sokk kezdetét figyelhetjük meg. ionizáció a közelében.
A feszültség további növelésével az ütési ionizáció egyre nagyobb területen terjed a hengerben, és megnő az áram az elektródák közötti résben.
Ennek eredményeként koronakisülés következik be ionképződés elegendő lesz a porszemcsék feltöltéséhez, bár a szakadék végső áttörése soha nem fog megtörténni.
A gázban lévő porrészecskék feltöltéséhez koronakisülés eléréséhez nem csak egy hengeres kondenzátor alkalmas, hanem az elektródák eltérő konfigurációja is, amely inhomogén elektromos mezőt biztosíthat közöttük.
Például elterjedt elektrofilterek, amelyben párhuzamos lemezek közé szerelt kisülési elektródák sorozatával inhomogén elektromos mezőt állítanak elő.
A kritikus feszültség és a kritikus feszültség meghatározása, amelynél a korona fellép, a megfelelő analitikai függőségek miatt történik.
Inhomogén elektromos térben az elektródák között két különböző fokú inhomogenitású régió képződik. A koronarégió elősegíti az ellentétes előjelű ionok és szabad elektronok képződését a vékony elektród közelében.
A szabad elektronok a negatív ionokkal együtt a pozitív külső elektródához rohannak, ahol negatív töltést adnak neki.
A korona itt jelentős térfogattal rendelkezik, és az elektródák közötti fő teret szabad elektronok és negatív töltésű ionok töltik ki.
A cső alakú elektrosztatikus leválasztókban a pormentesítendő gázt 20-30 cm átmérőjű függőleges csöveken vezetik át, a csövek középső tengelye mentén 2-4 mm-es elektródákkal. A cső egy gyűjtőelektróda, mivel a benne rekedt por leülepedik a belső felületén.
A lemezleválasztóban a lemezek között egy sor kisülési elektródát helyeznek el, és a por a lemezeken ülepedik, amikor egy poros gáz áthalad egy ilyen leválasztón, akkor a porszemcséken ionok nyelődnek el, és így a részecskék gyorsan feltöltődnek. A töltés során a porszemcsék felgyorsulnak, ahogy a gyűjtőelektróda felé haladnak.
A por mozgási sebességét meghatározó tényezők a külső zónában koronakisülés az elektromos tér kölcsönhatása a részecsketöltéssel és az aerodinamikai szélerővel.
Az az erő, amely a porszemcséket a gyűjtőelektróda felé mozgatja – A részecskék töltésének és az elektródák elektromos mezőjének kölcsönhatásának Coulomb-ereje… Ahogy a részecske a gyűjtőelektróda felé halad, az aktív coulomb-erőt kiegyenlíti a fej húzóereje. A részecske gyűjtőelektródához való sodródási sebessége e két erő egyenlővé tételével számítható ki.
Az elektródán történő részecskelerakódás minőségét olyan tényezők befolyásolják, mint: részecskeméret, sebességük, vezetőképesség, páratartalom, hőmérséklet, az elektróda felületének minősége stb.De a legfontosabb dolog a por elektromos ellenállása. A legnagyobb ellenállás a port csoportokra osztják:
104 Ohm * cm-nél kisebb fajlagos elektromos ellenállású por
Amikor egy ilyen részecske érintkezésbe kerül egy pozitív töltésű gyűjtőelektródával, azonnal elveszíti negatív töltését, és azonnal pozitív töltést szerez az elektródán. Ebben az esetben a részecskék azonnal könnyen eltávolíthatók az elektródáról, és a tisztítási hatékonyság csökken.
104 és 1010 Ohm * cm közötti fajlagos elektromos ellenállású por.
Az ilyen por jól megtelepszik az elektródán, könnyen kirázható a csőből, a szűrő nagyon hatékonyan működik.
1010 Ohm * cm-nél nagyobb fajlagos elektromos ellenállású por.
A port az elektrosztatikus porleválasztó nem veszi fel könnyen. A kicsapódott részecskék nagyon lassan kilökődnek, az elektródán lévő negatív töltésű részecskék rétege megvastagodik. A feltöltött réteg megakadályozza az újonnan érkező részecskék lerakódását. A tisztítás hatékonysága csökken.
A legnagyobb elektromos ellenállású por - magnezit, gipsz, ólom-oxidok, cink stb. Minél magasabb a hőmérséklet, annál intenzívebben növekszik először a porellenállás (a nedvesség elpárolgása miatt), majd az ellenállás csökken. A gáz nedvesítésével és néhány reagens hozzáadásával (vagy korom, koksz részecskék) csökkentheti a por ellenállását.
A szűrőbe kerülve a por egy részét a gáz felkaphatja és újra elvezetheti, ez a gáz sebességétől és a gyűjtőelektróda átmérőjétől függ. A másodlagos elszívás csökkenthető, ha a már beszorult port azonnal leöblítjük vízzel.
A szűrő áram-feszültség karakterisztikája bizonyos technológiai tényezők határozzák meg.Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a koronaáram; a szűrő stabil üzemi feszültsége azonban a letörési feszültség csökkenése miatt csökken. A magasabb páratartalom alacsonyabb koronaáramot jelent. A nagyobb gázsebesség kisebb áramerősséget jelent.
Minél tisztább a gáz – minél nagyobb a koronaáram, annál porosabb a gáz –, annál kisebb a koronaáram. A lényeg az, hogy az ionok több mint 1000-szer gyorsabban mozognak, mint a por, így a részecskék feltöltésekor a koronaáram csökken, és minél több por van a szűrőben, annál kisebb a koronaáram.
Rendkívül poros körülmények között (Z1 25-35 g / m23) a koronaáram majdnem nullára csökkenhet, és a szűrő leáll. Ezt koronazárnak nevezik.
A lezárt korona ionok hiányát eredményezi, amelyek elegendő töltést biztosítanak a porrészecskéknek. Bár a korona ritkán reteszelődik teljesen, az elektrosztatikus leválasztó nem működik megfelelően poros környezetben.
A kohászatban leggyakrabban lemezes elektrofiltereket használnak, amelyeket nagy hatékonyság jellemez, és alacsony energiafogyasztás mellett eltávolítják a por akár 99,9%-át.
Az elektrofilter kiszámításakor kiszámítják a teljesítményét, a működés hatékonyságát, a korona létrehozásához szükséges energiafogyasztást, valamint az elektródák áramát. A szűrő teljesítményét az aktív szakaszának területe határozza meg:
Az elektrofilter aktív szakaszának ismeretében speciális táblázatok segítségével kiválasztják a megfelelő szűrőtervet. A szűrő hatékonyságának meghatározásához használja a következő képletet:
Ha a porszemcsék mérete arányos a gázmolekulák átlagos szabad útjával (kb. 10-7 m), akkor az eltérés sebessége a következő képlettel határozható meg:
A nagy aeroszol részecskék sodródási sebességét a következő képlet határozza meg:
A szűrő hatékonyságát minden porfrakcióhoz külön állítják elő, majd megállapítják az elektrosztatikus leválasztó általános hatékonyságát:
A szűrőben lévő elektromos tér működési intenzitása függ annak felépítésétől, az elektródák távolságától, a koronaelektródák sugarától és az ionok mobilitásától. Az elektroszűrő szokásos üzemi feszültségtartománya 15 * 104 és 30 * 104 V / m között van.
A súrlódási veszteségeket általában nem számítják ki, hanem egyszerűen 200 Pa-nak feltételezik. A korona létrehozásához szükséges energiafelhasználást a következő képlet határozza meg:
A kohászati por összegyűjtésekor az áramerősséget a következőképpen határozzák meg:
Az elektrofilter elektródák közötti távolsága a felépítésétől függ. A gyűjtőelektródák hosszát a porgyűjtés szükséges mértékétől függően választjuk meg.
Az elektrosztatikus leválasztókat általában nem használják a tiszta dielektrikumokból és a tiszta vezetőkből származó por leválasztására. A probléma az, hogy a nagy vezetőképességű részecskék könnyen feltöltődnek, de gyorsan kilökődnek a gyűjtőelektródán, és ezért azonnal eltávolítják a gázáramból.
A dielektromos részecskék leülepednek a gyűjtőelektródán, csökkentik annak töltését, és fordított korona képződéséhez vezetnek, ami megakadályozza a szűrő megfelelő működését. Az elektrosztatikus leválasztó normál üzemi portartalma 60 g/m23 alatt van, és az elektrosztatikus leválasztó maximális hőmérséklete +400 °C.
Lásd még ebben a témában:
Elektrosztatikus szűrők — készülék, működési elv, alkalmazási területek