Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Х-З, *" Плотность Есб гГм', точка росы — 72 'С. Другая эмпирическая зависимость между током короны и напряжением предложена Коллером и Фремонтом 14Щ 1= Ру'" 1Х.281 Величины а, р — постоянные для отдельного газа н, по определению Коллера и Фремонта, составляют а=4,2 для воздуха и 2,8 для хлористого метила, что превышает значения, найденные другимн исследователями, которые получили а=1,6 для воздуха.
Как правило, ток короны может выражаться в виде зависи- мости ' = Р(У вЂ” Уд" 1х. ю) где 5 — зипирическая постоянная, яызя~огцанся функцией подвижности ионов, геометрии злектрофильтра и вида пыли; х — постоянная, занисягцая от состава газа и равная величине от 1 до 2. Последняя зависимость была обширно исследована Винкелем и Шютцем 19481, которые использовали для этой цели трубчатый электрофильтр диаметром 36 мм и длиной 100 мм с коронируюшим электродом диаметром 0,3 аам из нихромовой проволоки.
Эксперименты проводились при различных температурах, вплоть до 447 100 200 300 400 500 600 1ОО 200 300 400 500 600 6,5 5,5 4,0 3,5 З,О 6,5 5,5 4,5 4,0 3,5 З,О 1.72 1,62 1,76 1,62 1,75 1,84 52 1,56 1,58 1,60 1,55 1,61 4,5 8,5 14,5 34,0 48.0 62,0 3,0 4,3 5,3 6,8 7,8 9,0 0,2о34 0,390 0,605 1,31 1,72 2,10 0.155 0,197 0,220 0,260 0.280 0,304 ТАБЛИйА Х-З Характеристика короньг (19!] Напряжение.
кв Напряжение. «В Темпера- Ток перекрытия, порог. перекрыв. ма Ток пере. нрытна, по|юг, перекрыв, мЛ Гва Отрияатеяьная корона Положительная корона 20 9 54 35 2.8 3.1 20 8 0,2 2,1 28 22,5 Воздух Смесь воздуха +20% паре +35% паре +1% СС! Диоксид углерода Метни Вода (пар) 3,0 2.2 2,3 1,2 17,0 5,2 45 46 62 49 29 67 225 225 20 20 20 225 24 21 2,5 2,6 2.2 2,2 О,У 0,2 )1,0 5 26 29 25 9 31 48 63 49 21 )40 П р И м е ч а н и н: Ь Характеристику снимаая на паастннчатом ьлектроинаьтре с па раааеаьнымн паастинами (гйе мм друг от друга).
провоаокой диаметром т,з мм н длиной оэ м, натянутой между паастинам». 2. Испольэовал» устойчивый, .пе пуаьснрую~пнй мж. Э Данные дая водяного пара были поаучены с помощью менее точной аппаратуры, и прв поаожнтеаьной поаярностн тлектропнтаннс не смогао обеспечить перекрытия. 3. ЗАРЯДКА ЧАСТИ!1 Как только частицы или капельки попадают в электрическое поле электрофильтрв, они приобретают электростатический заряд в результате воздействия двух механизмов: механизма бомбардированной зарядки и механизма диффузионной зарядки. Ионы газа, а также электроны в случае отрицательной короны движутся при нормальных условиях сквозь поток газа, перенося частицы под влиянием электрического поля и заряжая частицы, с которыми они сталкиваются.
Такая зарядка называется бомбардировкой (столкновение ионов). Кроме того, ионы газа (и электроны — там, где они присутствуют) осаждаются на частицах вследствие их теплового движения, такое явление называется диффузионной зарядкой (диффузия ионов). 448 600'С. В результате были получены значения для ую р и х из уравнения (Х.29), приведенные в табл.
Х-2. Экспериментальные токи показаны также на рис. Х-6. Если бы значение (1 изменялось как квадратный корень из абсолютной температуры, что должно следовать из уравнения (Х.!7) для подвижности ионов иь то отношение !у' уТ было бы приближенно постоянным. Однако тенденция отношения при увеличении температуры (см. Табл, Х-2) указывает на то, что зта модель подвижности ионов является чрезмерно упрощенной, необходимы дальнейшие серьезные исследования для создания более полной теории.
Несмотря на то, что эти два механизма действуют одновременно, до снх пор еще пе разработана единая теория; обычно каждый механизм рассматривается в отдельности. Это приводит к появлению погрешности, которая ие столь велика, так как механизм бомбардировочной зарядки имеет первостепенную важность для частиц размером более 1 мкм, в то время как диффузионная зарядка имеет наибольшее значение для частиц размером менее 0,2 мкм. Ввиду того, что эти маленькие частицы обычно представляют собой только небольшую часть пыли, входящей в эл< ктрофильтр, при объяснении сущности электростатического осах<пеняя ими пренебрегают. Если эти частицы,составляют ббль<пу<о часть пылевой и газовой нагрузки, необходимо изменить ряд уравнений (например (Х.186); (Х.39) †(Х.44). При зарядке частиц путем столкновсния с ионами (бомбардировка) напряженность электрического поля, общая площадь поверхности частиц и их диэлектрические свойства играют главну<о роль, тогда как при зарядке частил ионной диффузией наиболее важными факторами являются число ионов, нх подвижность (которая является функцией температуры) и время, отпущенное на этот процесс.
Теоретические расчеты заряда, приобретенного частицами, позволя<от сделать следу<ощие предположения: 1) частицы имеют сферическую форму; 2) расстояния между частицами велики по сравнению с диаметрами частиц; 3) в начальной стадии копцсптрация ионов и электрическое по.н рассматрива<отся как однородные; 4) на процесс зарядки одной частицы нс оказыва<от влияния э:ц.ктрнчсскиг поля других заряжспных частиц; 5) средний свободный пробег ионов невелик по сравненн<о с диаметром частиц. Эти предположения не противоречат теоретическим расчетам.
Так, Смит н Пеппи показали, что на практике отступления от <ф<"рпчцо<ти пс созда<от серьезной погрсшности', а второе предположение справсдлпво в отношении концентраций частиц, встре<зкпппхся в промыв лепных отработанных и технологических газах; последнее жс предположение является обоснованным н справедливо всегда кроме случаев с крайне малыми частицами и(илн) прп очень низких давлениях. С остальными предположениями приходится сталкиваться в той или шюй степени на практике [630, 78< з! Механизм зарядки бомбардировкой изучался Рохманном и Пот< пьс п Моро — Лпо 1'625) Предполагают, что ионы газа движутся вдоль силовых линий между высоковольтным и пассивным электродами.
Некоторые из ионов газа будут перехватываться незаряженными частицами. Теперь частицы заряжены и силовыс липни исказятся; некоторые ионы газа будут отталкиваться заряженнымп частицами, тем самым снижая скорость зарядки. Через неко- торо время заряд на частице достигнет своего пределыюго значения. 2П 11<4 Заряд на частице г) (в Кл), который оиа получает от электронов е, и число этих зарядов и можно определить из уравнения Потеиье [53Ц 3ЗЕ сР Е~ ле=д = —.—.— Е+2 4 'г+т (х.зо) где 1 — продолжительность зврядки; т — пастоянпзя пременн, равная 1/(п№еи~); ы — дизлектрическвя пропипвемость чвстипы; № — копнентрвпия ионов в едннипе объема; №е — платность прострзнственпого ззрядв. Предельное значение заряда, которое также является максимальным значением, можно определить при условии 4-ьао ЗЕ бз д ЗЕ г(г Е+2 4 1+ г/1 Е+2 4 (Х.
31) (Х.З1з) — (1+ /= — бв Гги*№ехр 1т — — ! гп 'т 16 лье / 4 гглт / (Х.32) где унз — среднеквздрвтичивя скорость теплового движения молекул, рввивя УЗ~~)~'. Лукас и Лоуве [5311 отмечали, что 91г/е предельного заряда частица приобретает за 10т с. Для случая применения трубчатого электрофильтра диаметром 9,25 м с коронирующим электродом диаметром 8 мм, работающего при напряжении 40 кВ и токе 135 мкЛ/м, это составляет 0,2 с. Если ток уменьшить до 34мкА/м, то 91Ъ предельного значспия заряда достигается за 1 с. Влиянис размера частиц, напряженности электрического поля и, в меньшей степени, диэлектрической проницаемости и заряда иа частицу описывается уражпсннем (Х.З)), Когда частицы состоят из материала с изоляционными свойствами и ~=1, отношение Зя/ф+2) также равно 1, втовремя какдляхорошего проводника, когда ~ имеет большое значение, это отношение приближается к 3. Влияние температуры на функцию диэлектрической проницаемости пренебрсжимо мало [9481.
Однако воздействие температуры ~на скорость заркякн вполне заметно: при разрядном токе постоянной величины он пропорционален обратной величине квадратного корня из абсолютной температуры [урагзисние (Х.!7)). Диффузионная зарядка была подробно изучена Арендтом и Каллмапном [351, а также Уайтом [9251, первоначально она рассматривалась как функция теплового движения ионов газа. Формула, выведенная Лрепдтом и Каллманпом, носит ограниченный характер, так как оиа применима к частицам, которые уже обладают каким-либо зарядом. Кроме того, из-за исключительно дифферсимнальпого вида, оиа может быть гпггегрнрована только чис- ленно Уайт подходит к процессу диффузионной зарядки проще, доказывая, что плотность газа в потенциаль>юм поле не однородна, и о>шсывается следу>ощей формулой: (>> = Ф; ехр (У/О) гзе У вЂ” нотенннвльнан энергия.
Если ионы газа находятся рядом со взвешенной частицей, имеющей заряд ле, потенциальная энергия иона той же полярности па расстоянии г от центра этой частицы составит у= — пез/к Тогда плотность ионов рядов с этой частицей равна Л> = Ж> е:ср ( — 2н»'/>((>т) (х.з4) В соответствии с кинетической теорией число ионов, которые ударяются о поверхности частицы в единицу времени, составляет пай>)>и94.
Если предположить, что все ионы, которые ударяются о частицу, прикрепляются к ней, ионный ток к этой частице (т. е. скорость зарядки) выразится в виде следующего уравнения Проинтегрировав это уравнение н рассматривая в качестве граничного условия незаряженную частицу в нулевой момент времени, получаем выражение для суммарного заряда >(ЬТ / пЛ $I ия >>>>н2 1 4 =- не = — ! п 11 + зн ( 2йТ > Уравнение (Х.36) обычно применяют для расчета заряда на частице, но при выводе этого уравнения пренебрегают дополнительным вкладом внешнего поля Е в потенциальную энергию $>. 11отепье [6241 учел эту дополнительную вслнчану для частицы— носителя заряда и результатом эт>ого явилось умножение выражения, стоящего вместе с ( в круглых скобках, на отношение з(п)>[Ее>//(2йТ)1//Еес>/2ЙТ), которое для очень малых частиц при- Г>лпжается к единице. Помимо Арендта и Каллмана [351, некоторые другие исследователи также пользовалпсь уравнением установившейся диффузии, приравнивая скорость захвата ионов к скорости ионного потока [118, 226, 325, 595, 6241.
Однако Лью и другие отмечали, что для установившегося процесса необходима концентрация ионов большая, чем максимум, обнаруженный в электрофильтрах н составляющий !О'з ионов в 1 мз. Эти исследователи пользовались более точной методикой, чем Уайт, но пришли к решению, тождественному уравнению (Х.36). С помощью уравнений (Х.ЗО) и (Х.36) Лове и Лукас [5311 рассчитали заряды, приобретаемые частицами в результате за- 451 рядки бомбардировкой или ионной диффузией. Расчеты проводи- лись для трубчатого электрофильтра со следующими параметрами (табл. Х-4): Хигнетт указывал на то, что промышленные злектрофильтры обычно работают при таких значениях концентраций, как 6 10'э ионов в ! мз, что на один порядок ниже данного значения и совпадает со значением, которое рекомендовано для лабораторных электрофильтров.
Для приблизительных расчетов Хейнрих и Лндерсон [366) рекомендовали пользоваться уравнением Ладенбурга 1472, 473): (Х.ЗУ) не =8 10е где л — число элементариык зарядов; в — элементарный заряд (единица системы СГСЭ); й — диаметр частицы, мм. Это урнвнепис может применяться для расчета промышленных электрофильтров. Зарядка путетя столкновения и диффузии ионов Оба механизма зарядки действуют одновременно, однако первый из них имсет большее значение для крупных частиц в микронном диапазоне тогда как вторая является более важной для субмикронных частиц.
Единичное сложение зарядов, рассчитанное с помощью уравнений (Х.ЗО) и (Х.36), вполне соответствует экспериментальным данным 1226, 267, 4631. ТАБЛО((А Х4 Число зарядов, приобретаемое частицей (Я1) Период ееедеястенк. е Диаметр частиц, мкм оо1 ~ о~ о,о1 ~ од Диффрзия ионов Столкновение ионов 3 1 У 1 11 15 701 ИО 1 150 ~ 180 НОО ~ 1500 ~ 1ООО 1 2800 0,2 2.0 20,0 Диаметр трубки, м разрядного электрода, мм Температура, 'С Концентрация ионов в 1 и' йГ . Напряженность поля Е, кВ/м Функция диэлектрической проницаемости Заряд в, сКл Ток короны й мкА(м Константа Больцмана К Дж/(моль.К) Подвижность ионов. ме)(В.с) О. 25 У.б 300 5 1Отз 200 (ЗО)(0+2)) 1,8 4,8 10-" 135 1,38 1О-ы 1,8 10-е Коп!э 1!61, 162] получил формулу, учитывающу!о сочетание этих двух механизмов, рассматривая их как процесс прохождения ионного тока к частице 22~ т' ! с — 11 9 = ле = ~6 + д / + — П,б 1 р,,уд ~ 1 2 ~ або Ес1 ! 1, 1Х,З8) ~дс !а — средний свободный пробег попов в воздухе ( о,! мкм); ыс — уделаная днэлектрннеская пропннаемость свободного пространства, равная 8.8Ь !О " ф!м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
