2.2. Электрофильтры

Электрическая очистка – один из наиболее совершенных видом очистки газа газов от частиц пыли и тумана. Процесс электрической очистки основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, с поледующей передачей заряда ионов частицам примесей и осаждения последних на осадительных и коронирующих электродах.

Загрязненные газы, поступающие в электрофильтры, всегда оказываются частично ионизированными за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и т.д.), что приводит к способности проводить ток, попадая в пространство между двумя электродами. Величина силы тока зависит от числа ионов и напряжении между электродами. С ростом напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.

Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора. В зазоре между коронирующим и осадительным электродами создается электрическое поле. Напряжение к электродам подается от выпрямителя.

Принципиальная схема электрофильтра приведена на рисунке 42.

Рис. 42. Принципиальная схема электрофильтра: 1 – коронирующий электрод; 2 – осадительный электрод; 3 – силовые линии электрического поля; 4 – выпрямитель

Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и выше.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, приобретая электрический заряд, начинают движение в сторону электрода с противоположным знаком. Интенсивность зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории их движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего разряда. Время зарядки частиц составляет доли секунды.

Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия окружающего поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.

Под воздействие аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока, со скоростью близкой к скорости газа, которая для электрофильтров составляет 0,5-2 м/с.

Скорость движения при взаимодействии между электрическим полем и зарядом частицы зависит от размеров частиц и напряженности электрического поля. С ростом напряженности и размером частиц скорость увеличивается. Как правило величина скорости изменяется в пределах 0,012 – 0,6 м/с.

Силы тяжести не оказывают существенного влияния на траекторию движения частиц пыли, поэтому в расчетах ими пренебрегают.

Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т.е. у коронирующих электронов и вызывает циркуляцию газов в межэлектродном пространстве со скоростью 0,5-1,0 м/с. Поскольку отсутствует методика определения этой величины, учитывая ее незначительность расчетом также пренебрегают.

Под действием аэродинамических и электрических сил отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду. Положительно заряженные частиц оседают на отрицательном коронирующем электроде.

Большая доля частиц пыли получает заряд отрицательного знака поскольку объем внешней зоны коронного разряда больше объема внутренней. Это приводит к тому, что основная масса пыли оседает на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая – на отрицательном коронирующем электроде.

На процесс улавливания пыли существенное влияние оказывает её электрическое сопротивление. По величине электрического сопротивления пыль делят на:

1. пыли с малым удельным электрически сопротивлением (<10⁴ Ом·см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2. пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10⁴ до 10¹⁰ Ом см хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с него при встряхивании;

3. пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10¹⁰ Ом см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

Конструкция электрофильтра типа ЭГА приведена на рисунке 43.

Рис. 43. Трехпольный двухсекционный электрофильтр типа ЭГА: 1 –штуцер входа запыленного потока; 2 – штуцер выхода очищенного газа; 3 – газораспределительная решетка; 4 – клеммы подвода тока высокого напряжения; 5,6 – коронирующий и осадительные электроды; 7, 8 – механизмы выстряхивания коронирующих и осадительных электродов; 9 – корпус; 10 – бункер; 11 – перегородка для уменьшения перетока газа; 12 – подъемная шахта; 13 – объемные газораспределительные элементы МЭИ; 14 – конфузорный отвод газов; 15 – смотровые люки

Конструкцию электрофильтров определяют условия работы: состав и свойства очищаемого воздуха (газа), концентрация и свойства твердых частиц, аэродинамические характеристики очищаемого воздуха.

Время пребывания газа в активной зоне данного фильтра не менее 8 с, скорость движения газа – 1,2 – 1,5 м/с, степень улавливания – 99 – 99,8%. При этом концентрация примесей должна составлять не более 50 г/м³.

Для очистки воздуха от туманов масел и кислот успешно применяют электрические туманоуловители.

Рис. 44. Электрический туманоуловитель: 1 – корпус; 2 – туманоуловитель; 3 – клеммы; 4 – выпрямитель; 5 – каплеуловитель; 6 – воронки для отвода жидкости; 7 – сетка; 8 – распределительная решетка

Пример такого туманоуловителя приведен на рисунке 44. В корпусе 1 установливается электрический туманоуловитель 2. Подвод электричества осуществляется от источника 4 через высоковольтные изоляторы с клеммами 3. Подвод загрязненного воздуха производится через входной патрубок и распределительную решетку 8 с сеткой 7 (для удаления крупных частиц) и направляется непосредственно в туманоуловитель. Затем поступает в каплеуловитель 5, что является заключительным этапом очистки и далее на выход из аппарата. Уловленная жидкость собирается в воронках 6. Отвод последней осуществляется через гидрозатворы. Пропускная способность по воздуху 5 000 – 30 000 м³/ч. Подобные устройства предназначены для работы при использовании в системах с температурой газов до 70 – 80^оС.

Электрические туманоуловители имеют ряд ограничений по условиям эксплуатации.

Температура газового потока должна быть на 20 – 25^оС ниже температуры вспышки улавливаемой жидкости, а возможная максимальная концентрация горючей жидкости в аэрозольной смеси – не менее чем на 1 порядок меньше нижнего концентрационного предела воспламенения данной смеси. Выполнение данных условий исключает возможность воспламенения фильтрата в электрофильтре.