Старк С.Б. - Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве (1044944), страница 29
Текст из файла (страница 29)
лес с Возрастанием напряжения Вблизи нонденсаторе центрального провода (внутреннего электрода) напряженность поля достигает критической величины, соответствующей началу ударной ионизации. По мере роста напряжения область ударной ионизации расширяется и сила тока, проходящего через межэлектродный промежуток, повышается (рис. ! 1.3). Этот участок (1 — 2) диаграммы соответствует так называемому коронному разряду, при котором генерация ионов достаточна для осуществления зарядки пылевых частиц при отсутствии пробоя межэлектродного промежутка. При дальнейшем повышении напряжения область коронного разряда настолько увеличивается, что происходитдуговой разряд (пробой) (7„р. Критическое напряжение на электродах, соответствующее критической напряженности поля, может быть определено в соответствии с формулой (11.6); (7„р — - Е„р(т,, 1п — '.
(11.7) 1 Коронный разряд может быть получен не только в цилиндрическом конденсаторе, ио и при другом взаимном расположении электродов, обеспечивающем образование неравномер- ного электрического поля. В практике широко примеия1от конструкции, в которых неоднородное электрическое поле создается расположением ряда коронирующих электродов между параллельными плоскостями. В этом случае критическое напряжение Г(„р короны может быть рассчитано по формуле (11.9) где Π— расстояние между коронирующими и осадительными электродами; 5 — шаг коронирующих электродов в ряду, м. Внешнимн проявлениями коронного разряда являются слабое голубовато-фиолетовое свечение вокруг коронирующего электрода, негромкое потрескивание, а также запах озона и оксидов азота, если разряд происходит в атмосферном воздухе. В зависимости от полярности коронирующего электрода корона может быть положительной и отрицательной.
Начало коронирования и дуговой разряд в воздухе в случае отрицательной короны происходят при более высоких напряженностях поля, чем в случае положительной короны. Критическая напряженность электрического поля, В/м, при которой возникает корона, может быть определена по эмпирической формуле Пика: а) для отрицательной полярности коронирующего электрода Енр = 3,04 р+ 0,0311 — 10'; (11.8) б) для положительной полярности коронирующего электрода Е„р=3,37 ~+0,0242 — 10', где р — отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях (Т=20 'С, р=101,3 кПа); р (Рнар ы Рг) 293 101,3(273+ Т) здесь ро.р — барометрическое давление, кПа; р„— разрежение или избыточное давление в газоходе, кПа; Т вЂ” температура газов, 'С.
Формула Пика получена для воздуха и провода круглого сечения, но с известной степенью приближения может применяться и для дымовых газов, После появления короны в электрическом поле цилиндрического конденсатора образуются две области, отличающиеся друг от друга. В области короны происходит генерация ионов обоих знаков и свободных электронов. Г1ри отрицательной полярности коронирующего электрода под действием сил электрического поля положительные ионы движутся к коронирующвму электроду и нейтрализуются на нем. Отрицательные ионы и свобод- 139 ные электроны движутся через внешнюю зону (область) коронного разряда к положительно заряженному цилиндрическому электроду и отдают ему свой заряд.
Так как корона занимает сравнительно небольшой объем в непосредственной близоати к проводу, то основная часть межэлектродного промежутка заполнена только отрицательными ионами и свободными электронами, движущимися к цилиндрическому электроду. Наличие движущихся отрицательных ионов создает уннполярный пространственный заряд во внешней зоне коронного разряда и обусловливает протекание в цепи цилиндрического конденсатора электрического тока, называемого током короны. Пространственный заряд влияет на распределение напряженности поля в межэлектродном промежутке.
Между движущимися отрицательными ионами и положительными электродами создаются свои локальные электрические поля. Накладываясь на основное поле, они усиливают и выравнивают его, вследствие чего напряженность поля во внешней зоне коронного разряда приближается к некоторому постоянному значению, повышающемуся с ростом тока короны (см. рис. 11.2, б). й 2. Физические основы электрической очистки газа В настоящее время применяют два основных типа электрофильтров; трубчатые и пластинчатые (рис.
11.4). В трубчатых электрофильтрах (рис. 11.4, в) запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам диаметром 200 — 300 мм, по оси которых натянут коронирующий электрод — провод диаметром 2 — 4 мм. Другим осадительным электродом служит сама труба, на внутренней поверхности которой и оседает основная масса уловленной пыли. В пластинчатых электрофильтрах (рис. 11.4, а) коронирующими электродами являются также провода того или иного сечения, натянутые в ряд между парал- Рис, П,4, Принципиальные схемы алектрофвльтров: à — коронирующий электрод; Х вЂ” осаднтельвмй алектрод; З— вмнрямятель: 4 — трансформатор 40 дельными пластинами, которые служат осадительными электродамии. Электрическое поле создается присоединением коронирующих и осадительных электродов к источнику выпрямленного тока (рис.
11.4, б) высокого напряжения (50 — !00 кВ). Зарядка иэрозольных частиц. Внешняя зона коронного разряда заполнена ионами отрицательного знака и свободными электронами, движущимися к осадительному электроду. Скорость движения ионов, пропорциональная напряженности поля, составляет 60 — 100 м/с и характеризуется величиной так называемой подвижности ионов /г.
Из выражения 1,84/1,28а 8,13/6,92 1,84/1,32 2,1/1,32 Углекислый газ (сухой) 0,96/— Окись углерода .... 1,15/1,11 Сернистый ангидрид . . 0,41/0,41 Водяной пар при !00 'С 0,67/0,62 Азот Водород Кислород Воздух (сухой) В еислвтеле — дла отрицательимк яснов, в анаменателе — дла положнтельнмх. Как видно, в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов больше, чем положительных. Это свойство ионов является одной из причин, по которым на коронирующем электроде электрофильтров поддерживается корона отрицательной полярности. В рабочих условиях электрофильтров подвижность ионов можно считать пропорциональной абсолютной температуре и обратно пропорциональной давлению. В тщательно очищенных газах (азоте, водороде, оксиде углерода) подвижность ионов может возрасти в десятки и сотни раз. При пропуске через электрофильтр запыленного газового потока частицы пыли адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд.
В результате частицы получают ускорение, направленное в сторону осадительного электрода. Сталкивание частиц пыли с ионами газа обусловливается двумя различными механизмами: а) движением ионов по силовым линиям под действием сил электрического поля; б) тепловым (броуновским) движением ионов газа и частиц пыли. Первый механизм определяет зарядку крупных частиц размером более 1 мкм, а второй — зарядку мелких частиц размером менее 0,2 мкм. Для частиц промежуточных размеров действуют оба механизма зарядки. 141 ш, = йЕ (П.
10) следует, что й представляет собой скорость движения иона в, при напряженности поля Е=1 В/м. Ниже приведены данные', характеризующие подвижность ионов /г 104 в газах и парах при нормальных условиях, м'/(В ° с): К моменту прекращения зарядки частица получает максимально возможный заряд (/, Кл, который может быть вычислен по формуле, предложенной Потенье: (/и= пг==4пео(1+2(е — 1)/(е+2)) Еэг'=4пеаЬЕэг', (11. 1! ) где и — число элементарных зарядов; е — величина заряда электрона; е= 1,6 10 "; ео — диэлектрическая проницаемость вакуума; е — относительная диэлектрическая проницаемость частицы, равная для газов 1, кварца и серы 4, гипса 5, окислов металлов 12 — 18, чистых металлов оо; б — показатель диэлектрических свойств частицы: 5=1+2(е — 1)/(е+2); Еэ — напряженность электрического поля у частицы, В/м; и — радиус частицы, м.
Кинетика зарядки крупных частиц, обусловленной дрейфом ионов, выражается уравнением, полученным Потенье; (/ =- (/„й((н + 1). (11.12) Постоянная времени зарядки н = 4ео//т/4(аг, (11. 13) ' где Жо — концентрация ионов вблизи частиц Провсденные по этим формулам подсчеты показывают, что в условиях работы электрофильтра скорость зарядки частиц очень велика и измеряется долями секунды. Механизм диффузионной зарядки частиц малого размера изучался Арендтом и Кальманом, а позднее Уайтом. Ими было предложе()о следующее выражение для определения максимально возможного заряда малых частиц: (/ = пе == 4пе, — КиТ,а, 1п 1+ 0,25пео Л вЂ” 2га/тает! е т, Ч ыКо(аис (11.14) где пт — масса иона, кг; г — радиус частицы, м; / — время, с.
Расчет по формуле (11.14) показывает, что возникший за первую секунду заряд частицы увеличивается с каждой последующей секундой не более чем на 1 %. Поэтому заряд, который получит частица в первую секунду, можно принять максимальным. Для обычных условий работы электрофильтра (Л(о — — 10'4 ионов/м' и Т=150 —:400 'С) вместо уравнения (11.14) можно использовать весьма упрощенное уравнение (/„ - пе = 2 10~ге. (11.15) Интсрссно отметить, что максимально возможный заряд для крупных частиц пропорционален квадрату радиуса частицы, а для мелких частиц — первой степени радиуса частицы.
Уравнения (11.11) и (11.14), строго говоря, пригодны лишь при малой концентрации частиц пыли в газовом потоке, когда (42 (11.16) где С вЂ” аэродинамический коэффициент; Р— площадь поперечного сечения частицы, нормального к направлению движения, мэ; и(,„ — относительная скорость, равная разности скорости газового потока и скорости частицы пыли, м/с; р„ — плотность газа, кг/м'.
Под действием аэродинамической силы частица движется в потоке газа со скоростью, близкой к скорости газового потока (см. рис. 11.4, г). В электрофильтрах обычных конструкций газовый поток движется вдоль осадительных электродов, поэтому сила давления газового потока не дает составляющей, направленной в сторону осадительного электрода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
