Старк С.Б. - Пылеулавливание и очистка газов в металлургии (1044945), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В практике широко применяют конструкции, в которых неравномерное электрическое поле создается расположением ряда коронирующих электродов между параллельными плоскостями. В этом случае критическое напряжение (/,р короны может быть рассчитано по формуле (1 1-8) где Н вЂ” расстояние между коронирующими и осадительными электродами; 5 — шаг коронирующих электродов в ряду, м. Внешними проявлениями коронного разряда являются слабое голубовато-фиолетовое свечение вокруг коронирующего электрода, негромкое потрескивание, а также запах озона и окислов азота, если разряд происходит в атмосферном воздухе. В зависимости от полярности коронирующего электрода корона может быть положительной и отрицательной. Начало коронирования и искровой разряд в воздухе в случае отрицательной короны происходят при более высоких напряженностях поля, чем в случае положительной короны.
пм При повышении приложенного напряжения сначала, как и в плоском конденсаторе, устанавливается ток насыщения (участок 2 — 3). Далее, с возрастанием напряжения вблизи 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. 60).
Этот участок (1 — 2) диаграммы соответствует так называемому коронному разряду, при котором генерация ионов достаточна для осуществления зарядки пылевых частиц при отсутствии пробоя ' межзлектродного промежутка. При дальнейшем повышении напряжения область коронного разряда настолько увеличивается, что происходит искровой разряд (пробой) У„р. Критическое напряжение на электродах, соответствующее критической напряженности лр поля, может быть определено в соответствии с формулой (11-6): Критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, может быть определена по эмпирической формуле Пика: а) для отрицательной полярности коронирующего электрода Е„=3,04((1+ 0,0311 $У вЂ” ) 10' В/м; (11-8а) б) для положительной полярности коронирующего электрода Е„р =---3,37 (!а + 0,0242 ~, ~ 1 10' В,'и, (! 1-8б) где р — отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях (Т = 20' С, р = =- 101,3 кПа).
р (Рва р а Ра) 223 (11-9) !01,3 !Оа (273+ Т) 122 где Ра,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. При отрицательной полярности коронирующего электрода под действием сил электрического поля положительные ионы движутся к коронирующему электроду и нейтрализуются на нем. Отрицательные ионы и свободные 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 близости к проводу, то основная часть межэлектродного промежутка заполнена только отрицательными ионами и свободными электронами, движущимися к цилиндрическому электроду.
Наличие движущихся отрицательных ионов создает униполярный 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 положительным электродами создаются свои локальные электрические поля.
Накладываясь на основное поле, они усиливают и выравнивают его, благодаря чему напряженность поля во внешней зоне коронного разряда приближается к некоторому постоянному значению, повышающемуся с ростом тока короны (см. рис. 59, б). й за. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗА В настоящее время применяют два основных типа электро- фильтров — трубчатые и пластинчатые (рис. 61). В трубчатых электрофильтрах (рис. 61, в) запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам диаметром 200 — 250 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.
Рис. бк Принципиальные схемы электрофильтров; т — коронирующий элентрод; 2 — осадительный электрод; д — выпрямитель; а — повыситель напряжения В пластинчатых электрофнльтрах (рис. 61, а) коронирующими электродами являются также провода того или иного сечения, натянутые в ряд между параллельными пластинами, которые служат осадительнымн электродами. Электрическое поле создается присоединением коронирующих и осадительных электродов к источнику выпрямленного тока (рис. 61, б) высокого напряжения (50 — 100 кВ). Зарядка аэрозольных 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 ч. Из выражения ши = lгЕ м!с (11-10) следует, что ч представляет собой скорость движения иона при напряженности поля Е =- 1 В!м. 123 Ниже приведена подвижность ионов /г 10' в газах и парах при нормальных условиях, м'/(В с): Азот .........
1,84/1,28 ' Углекислый газ (сухой) 0,96/— Водород ...,... 8,13/5,92 Окись углерода.... 1,15/1,11 Кислород....... 1,84/1,32 Сернистый ангидрид .. 0,41/0,4! Воздух (сукой) .... 2,!/1,32 Водяной пар при 100' С 0,57/0,62 В числителе данные дяя отрицательных ионоа, а знаменателе — дия нояожитель ных. Как следует из приведенных данных, в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов больше, чем положительных.
Это свойство ионов является одной из причин, по кото'- рым на коронирующем электроде электрофильтров поддерживается корона отрицательной полярности. В рабочих условиях электрофильтров при давлениях от 13,3 до 58,8 !О' Па и температурах 20 — 800'С подвижность ионов можно считать пропорциональной абсолютной температуре н обратно пропорциональной давлению.
В тщательно очищенных газах (азоте, водороде, окиси углерода) подвижность ионов может возрасти в десятки и сотни раз. При пропуске через электрофильтр запыленного газовопх потока частицы пыли адсорбируют на своей поверхности ионы,' приобретая электрический заряд. В результате частицы получают: ускорение, направленное в сторону осадительного электрода, Столкновение частиц пыли с ионами газа определяется двумя! различными механизмами: а) движением ионов по силовым ли-' Йиям под действием сил электрического поля; б) тепловым (броуновским) движением молекул (ионов) газа и частиц пыли. Первый механизм определяет зарядку крупных частиц разме; ром более 1 мкм, а второй — зарядку мелких частиц размероа4 менее 0,2 мкм.
Для частиц промежуточных размеров действуюх оба механизма зарядки. Поток ионов на поверхность заряжающейся частицы Ф, рави как его плотность /, с течением времени непрерывно уменьшаютс По мере увеличения заряда частицы растет кулоновская сила Р отталкивающая ионы, стремящиеся к частице вследствие гр диента концентрации их у ее поверхности. Таким образом, пло ность потока ионов на частицу определяется двумя силами -й результирующего электрического поля и диффузии, протнводейф ствующими друг другу: —" = 'лЕс/ — Р ига г) )ч', (11-11» концентрация ионов, ионы/м'1 число ионов, осаждающихся на единицу поверхностна ионы/м'1 напряженность электрического поля у частицы, В/м) коэффициент диффузии, ми/с; подвижность ионов, м'/(В с), где /ч!— Л1„— Е— 04— /е— 124 Когда обе эти силы сравняются, зарядка частицы прекратится. Вблизи крупных частиц концентрацию ионов можно считать постоянной: М = Мэ = сопз1; поэтому игам й! = 0 и дифференциальное уравнение (11-11) может быть упрощено: д — — /гЕУ.
(11-12) К моменту прекращения зарядки частица получает максимально возможный заряд (Кл), который может быть вычислен по формуле, предложенной Потенье: д„= пе = 4вео (1+ 2 ) Е,г' = 4не,ЬЕзг', (11-13) где п — число элементарных зарядов; е — величина заряда электрона; е = 1,6 10 '9й; еа — диэлектрическая проницаемость вакуума; е — относительная диэлектрическая проницаемость частицы, равная: для газон 1, кварца и севы 4, гипса 6, окислов металлов 12 — 18, чистых металлов оо; б — показатель диэлектрических свойств частицы; 8 = 1 + 2 е — ! я-г2 ' Е, — напряженность электрического поля у частицы, Вlм; г — радиус частицы, м.
Кинетика зарядки крупных частиц, обусловленной дрейфом ионов, выражается уравнением, полученным Потенье: (11-14) Постоянная времени зарядки равна: к = 4е,(АМое. (11-!5) йЕУ вЂ” 0 йтад У = О, (11-16) 125 Проведенные по этим формулам подсчеты показывают, что в условиях работы электрофильтра скорость зарядки частиц очень велика и измеряется долями секунды. Для частиц малого размера (0,2 мкм) при диффузионном механизме зарядки можно считать, что движение ионов к частице происходит в основном под действием градиента их концентрации, т. е. число ионов, осаждающихся на частицу, У„по времени постоянно, а значит, г(Лг„!Ж = 0 и, следовательно, Решая это уравнение, имея в виду, что пгад Аг = 4(Аг/41)с, ь е потенциал поля гр = Е)4' и — = , получим 14 Кт, АГ= А',ехр ( — — '" ), (11-17) где Кв — постоянная Больцмана, Дж!'С; Т, — абсолютная температура, К; АГ, — начальная концентрация ионов коронного разряда, ионы(мз Механизм диффузионной зарядки частиц малого размера изучался Арендтом и Кальманом, а позднее Уайтом.
Ими было предложено следующее выражение для определения максимально возможного заряда малых частиц Пм = пе = 4пеΠ— КвТ,1п(1+ 0,25пеэ ф 2гт4'ое'1) 44, (11-18) где и — масса иона, кг; г — радиус частицы, м. 1 — время, с. Расчет по формуле (11-18) показывает, что возникший за первую секунду заряд частицы увеличивается с каждой последующей секундой не более, чем на 1'ю. Поэтому заряд, который получит частица в первую секунду, можно принять максимальным. Для обычных условий работы электрофильтра ()Ч4 =- = 10м ионов/м' и Т = 150 —:400' С) вместо уравнения (11-18) можно пользоваться весьма упрощенным уравнением и,', = пе = 2 10'ге.
(11-19) Интересно отметить, что максимально возможный заряд для крупных частиц пропорционален квадрату радиуса частицы, а для мелких частиц — первой степени радиуса частицы. Приведенные уравнения (11-13) и (11-18), строго говоря, пригодны лишь при малой концентрации частиц пыли в газовом потоке, когда концентрация ионов во внешней зоне коронного разряда остается приблизительно постоянной. При повышенной запыленности газа эти уравнения дают только приближенные решения, точность которых уменьшается с увеличением запыленности газа. Частицы пыли, взвешенные в газе, почти всегда заряжены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
