Старк С.Б. - Пылеулавливание и очистка газов в металлургии (1044945), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Згот заряд, получаемый главным образом за счет трения частиц о стенки оборудования и газопроводов, называют трибозарядом. Для одних материалов (кварц, окислы металлов, металлы) трибозаряд отрицателен, для других (уголь, сера, песок) положителен. Трибозаряд обычно не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде. 126 Движение заряженных часапиц к осадительному электРоду. Скорость движения частиц во внешней зоне коронного разряда устанавливается вследствие совокупного действия следующих сил, действующих на частицу: а) аэродинамическая сила движущегося газового потока; б) силы тяжести; в) давления электрического ветра; г) взаимодействия электрического поля и заряда частицы (кулоновская сила), Давление газового потока иа частицу определяется известным законом Ньютона: Р— — СЕшатар„, (11-20) где С вЂ” аэродинамический коэффициент; Š— площадь поперечного сечения частицы, нормального к направлению движения, м', ш,„а — относительная скорость, равная разности скорости газового потока и скорости частицы пыли, м1с; р„ — плотность газа, кг!ма.
Под действием аэродинамической силы частица движется в потоке газа со скоростью, близкой к скорости газового потока (см. рис. 61, г). В электрофильтрах обычных конструкций газовый поток движется вдоль осадительных электродов, и поэтому сила давления газового потока не дает составляющей, направленной в сторону осадительного электрода.
Сила тяжести для частиц пыли, как правило, невелика. Ниже даны скорости падения частиц плотностью ра = 1000 кг!ма в неподвижном воздухе: !00 !0 0,3 0,003 0,00003 диаметр частицы, мкм Скорость падении, м~с ша „= 5,34 10 ' (ЕЬ Н), где Н вЂ” длина межэлектродного промежутка. (11-21) 127 За время пребывания в электрофильтре (10 — 15 с) частицы размером 10 мкм падают всего па 3 — 5 см. В большинстве случаев сила тяжести также направлена вдоль электрода. Вследствие незначительной абсолютной величины силу тяжести можно не учитывать. Электрический ветер обусловлен механическим воздействием движущихся ионов на молекулы газа и частицы пыли.
Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т. е. у коронирующих точек, и вызывает циркуляцию газа в межэлектродном промежутке со скоростью до 0,5 — 1 мыс (рис. 62). Для воздуха при комнатной температуре скорость электрического ветра может быть вычислена по формуле, предложенной Ледебуром: В плоскости коронирующих точек электрический ветер увлекает молекулы газа и мелкие частицы пыли к осадительному электроду, что способствует процессу осаждения. Однако между коронирующими точками вектор скорости электрического ветра имеет обратное направление, т.
е. тормозит движение частиц под действием силы электрического поля. Тем не менее электрический ветер при малых скоростях газа в электрофильтре (до 1 м!с) несомненно оказывает положительное влияние благодаря выравниванию концентрации ионов и взвешенных частиц в поле электрофильтра. Ввиду того что вопрос этот 1изучен еще недостаточно и методика расчета не разработана, силой электрического ветра в расчеа тах обычно пренебрегают.
Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия 4 между электрическим полем и зарядом частицы (кулоновская сила). В соответствии с законом Кулона эта сила равна: Р = у„Е„, = пеЕ.„ (11-22) 3 где Е„, — напряженность электрического поля в зоне осаждения. Для крупных частиц величина заряда частицы д„определяется формулой (11-13), для мелких частиц формулами (11-18) и (11-19). При движении заряженной частицы к осадительному электроду действующая на нее сила поля быстро уравновешивается силой сопротивления, которую в соответствии с законом Стокса можно принять приблизительно равной: (11-23) Р, = бпгцш, Приравнивая друг другу эти две силы, можно найти скорость движения частицы к осадительному электроду, иначе говоря скорость дрейфа.
Для крупных частиц при Е, = Е„= Е и 6 =- 2 скорость дрейфа будет прямо пропорциональна их размеру и квадрату напряженности электрического поля, м!с: (11-24) шд —— О,!18 10 р 128 Для мелких частиц, приравнивая выражения (11-19) и (11-23), с учетом поправки Кенингема — Милликена С„получим, м!с.
ц ЕСк „'=0,17 10 (11-25) где ф— поправка Кенингема — Милликена; С, = 1 + —; АЛ, А — численный коэффициент, равный 0,8!5 — 1,6;?, )ч — длина среднего свободного пробега молекул газа, м; Л=10' м. Ниже приведены скорости дрейфа ш заряженных частиц различных размеров в электрическом поле коронного разряда при различных значениях Е, вычисленные по приведенным фор- мулам: тт, мкм ... 0,2 0,5 1,0 5,0 10,0 тпп, м/с . .
. 0,012/0,025 " 0,013/0,030 0,015)0,060 0,075!0,30 0,15!0,60 В числителе — значение се при иапряжениести поля Е = М !О' В,'и, е и аиаиеиателе — при и = 30 \Оа В!и 129 Как видно из формулы (11-25) и данных, приведенных выше, скорость движения малых частиц почти не зависит от размеров и изменяется только с изменением напряженности поля Е. Приведенные расчетные формулы следует рассматривать как приближенные, дающие, как правило, завышенные значения скоростей дрейфа. Поэтому при расчетах электрофильтров скорость дрейфа обычно принимают с понижающим коэффициентом, достигающим иногда 0,5 по отношению к значениям, полученным по формулам (11-24) и (11-25). Осаждение заряженных частиц. Во внутренней зоне коронного разряда в равном количестве образуются ионы положительного и отрицательного знаков.
Положительные ионы заряжают частицы пыли, проходящие во внутренней зоне коронного разряда, и нейтрализуются иа отрицательном коронирующем электроде. Отрицательные ионы через внешнюю зону коронного разряда движутся к осадительному электроду, заряжают частицы, движущиеся в межэлектродном промежутке, и нейтрализуются на положительном осадительном электроде. Ввиду того что объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней, основная масса частиц пыли получает заряд отрицательного знака.
Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая часть — на отрицательном коронирующем электроде. На процесс осаждения частиц влияют многочисленные факторы — проводимость и размер частиц, скорость, температура и влажность газа, состояние поверхности электрода и т. д.
Функциональную зависимость, описывающую влияние всех этих факторов на процесс осаждения, установить пока не удалось. Наиболее важное значение для хода процесса осаждения частиц пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли, по величине которого пыль можно разделить на три группы: 1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением ( (104 Ом см), которые при соприкосновении с осадительным электродом мгновенно теряют свой заряд и перезаряжаются, приобретая заряд, соответствующий знаку электрода.
Вследствие этого между частицей и электродом возникает отталкивающая Рнс 63. Влияние слоя пыли, обраэуюпсегася на осадительнон электроде на работу электрофильтра: а — снижение рабочего напряжения; б — обраэоваиие обратной короны; ! — осаднтельнын электрод; у — коронирующий алек~род, 3 — слой пыли; 4 — поры и трещины в слое пыли сила, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток, которой противодействует только сила адгезии. В большинстве случаев последняя оказывается недостаточной для удержания частицы и возникающий вторичный унос резко снижает эффективность осаждения; 2) пыли с удельным сопротивлением 104 — 10'о Ом ° см, хорошо осаждающиеся на электродах и легко удаляемые встряхиванием, не вызывающие трудностей при эксплуатации электрофильтра; 3) пыли удельным электрическим сопротивлением 1О" Ом см, которые труднее всего улавливаются в электрофильтрах. В этом случае оседающие на электроде частицы разряжаются медленно.
В результате на электроде образуется~слой отрицательно заряженных частиц, непрерывно увеличивающийся за счет вновь осаждающихся частиц и поджимаемый силой поля. С некоторого момента образующееся электрическое поле слоя препятствует осаждению новых частиц и эффективность электрофильтра начинает снижаться. 130 При равномерно сформированном на электроде слое пыли на последнем возникает разность потенциалов, равная, В: (11-26) где р — удельное электрическое сопротивление пыли, Ом м; / — сила тока короны, А; Ь вЂ” толщина слоя пыли, м. Прн этом напряжение коронного разряда снижается с 1/ на 1/ — 1/„уменьшается ток короны и работа электрофильтра ухудшается (рис.
63, а). Слой пыли, сформированный на электроде, обычно имеет поры и трещины, в связи с чем электрическое поле преобразуется в поле, аналогичное полю между двумя остриями, ~ в легко пробиваемому при невысоких напря- с 0/ — —— женнях. Схематически это явление показано д на рис. 63, б.
",Мт Высокая напряженность поля в трещинах, на что показывает сгущение силовых,да линий, вызывает там возникновение коронного разряда, сопровождаемого выделением ионов. Выделяющиеся положительные ионы движутся К Короинрушщсму ЭЛЕКтроду, На" Рас 04 Влнннне темпеВетрЕЧу ЗаряжЕННЫМ Чаетнцам ПЫЛИ Н Ча- РатуРы н нлажнастн газа на удельное элентрннестично нейтрализуют заряд последних. Это явление, казы.аемое Обратной коро.
!"'"3ОРну'-20',"0'" 1тн.,: ной, резко ухудшает работу электрофильтра. 4 — ' ' Появление обратной короны сопровождается значительным увеличением потребляемого тока (в несколько раз выше нормального) при значительно сниженном напряжении на электродах. Пыли третьей группы часто образуют плотный и прочный изолирующий слой, трудно удаляемый с электрода. Высоким удельным сопротивлением отличаются пыли некоторых огнеупорных материалов (магнезит, гипс), а также некоторые пыли цветной металлургии (окислы свинца и цинка — РЬО, ЕпО, сульфид свинца — РЬВ).
С повышением температуры газа удельное электрическое сопротивление пыли сначала увеличивается, вследствие испарения адсорбированной влаги, а затем начинает падать, вследствие повышения теплового возбуждения электронов в частицах пыли. Снижение удельного сопротивления слоя пыли может быть достигнуто увлаждением газа (рис. 64), а также добавкой к газу некоторых реагентов (например, сернистого ангидрида, аммиака, хлоридов калия и натрия и т. д.). Аналогичные результаты можно получить при добавлении в газ электропроводных частиц сажи нли кокса.
131 $37. ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРОННОГО РАЗРЯДА (11-29) При достаточном удалении от оси (рис. 59, б) Ех = )7 2(оФ'еоК Для пластинчатого электрофильтра приближенно Е„= )Г8!оН!4пеоКЕ. (11-29а) (11-29б) Выразив напряженность поля через напряжение, приложенное на электродах, и решив уравнение (11-29) относительно линейной плотности тока, получим уравнение вольтамперной характери. стики коронного разряда, аппроксимирующейся кривой параболического вида (рис. 65): ., = си (и — и.,), где У„„— критическое напряжение короны, В; С вЂ” постоянная, зависящая от конструкции электрофильтра и подвижности ионов. 132 Кривая зависимости силы тока от величины приложенного напряжения в трубчатом электрофильтре показывает, что до возникновения коронного разряда сила тока пренебрежимо мала и напряженность поля в любой точке межэлектродного промежутка может определяться по формуле (11-6), выведенной для цилиндрического конденсатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
