Elektrikli gaz temizleme - elektrostatik çökelticilerin çalışmasının fiziksel temeli

Güçlü bir elektrik alanının etki bölgesinden tozlu bir gaz geçirirseniz, teorik olarak toz parçacıkları elektrik yükü almak ve elektrik alanının kuvvet çizgileri boyunca elektrotlara doğru hareket ederek hızlanmaya başlayacak ve ardından üzerlerinde birikecektir.

Bununla birlikte, tekdüze bir elektrik alanı koşulları altında, kütle iyonlarının oluşumu ile darbe iyonizasyonu elde etmek mümkün olmayacaktır, çünkü bu durumda elektrotlar arasındaki boşluğun kesinlikle tahrip olması meydana gelecektir.

Ancak elektrik alan homojen değilse, darbe iyonlaşması boşluğun bozulmasına yol açmaz. Bu, örneğin, uygulanarak elde edilebilir. içi boş silindirik kapasitör, elektrik alan gerilimi E'nin dış silindirik elektrodun yakınında olduğundan çok daha büyük olacağı merkezi elektrodun yanında.

Merkezi elektrodun yakınında, elektrik alan kuvveti maksimum olacak, ondan dış elektrota doğru uzaklaşırken, E kuvveti önce hızlı ve önemli ölçüde azalacak ve sonra azalmaya devam edecek, ancak daha yavaş.

Elektrotlara uygulanan gerilimi artırarak önce sabit bir doyma akımı elde edeceğiz ve gerilimi daha da artırarak merkezi elektrottaki elektrik alan şiddetinin kritik bir değere yükseldiğini ve şok başlangıcını gözlemleyebileceğiz. yakınında iyonlaşma.

Voltaj daha da artırıldıkça, darbe iyonlaşması silindirde giderek daha geniş bir alana yayılacak ve elektrotlar arasındaki boşluktaki akım artacaktır.

Sonuç olarak, bir korona deşarjı meydana gelir, bu nedenle iyon üretimi, toz parçacıklarını şarj etmek için yeterli olacaktır, boşluğun son kırılması asla olmayacak olsa da.

Bir gazdaki toz parçacıklarını yüklemek amacıyla bir korona deşarjı elde etmek için, yalnızca silindirik bir kapasitör değil, aynı zamanda aralarında homojen olmayan bir elektrik alanı sağlayabilen farklı bir elektrot konfigürasyonu da uygundur.

Örneğin, yaygın elektrofiltrelerparalel plakalar arasına monte edilmiş bir dizi deşarj elektrodu kullanılarak homojen olmayan bir elektrik alanının üretildiği.

Kritik gerilimin ve koronanın meydana geldiği kritik gerilimin belirlenmesi, karşılık gelen analitik bağımlılıklar nedeniyle yapılır.

Homojen olmayan bir elektrik alanında, elektrotlar arasında farklı derecelerde homojen olmayan iki bölge oluşur. Korona bölgesi, ince elektrot yakınında zıt işaretli iyonların ve serbest elektronların oluşumunu destekler.

Serbest elektronlar, negatif iyonlarla birlikte, negatif yüklerini verdikleri pozitif dış elektrota koşarlar.

Buradaki korona, önemli bir hacimle ayırt edilir ve elektrotlar arasındaki ana boşluk, serbest elektronlar ve negatif yüklü iyonlarla doldurulur.

Borulu elektrostatik çökelticilerde tozdan arındırılacak gaz, boruların merkezi eksenleri boyunca gerilmiş 2-4 mm elektrotlar ile 20 ila 30 cm çapındaki dikey borulardan geçirilir. Sıkışan toz iç yüzeyine yerleştiği için tüp bir toplama elektrodudur.

Bir plakalı çöktürücüde, plakalar arasında ortalanmış bir sıra deşarj elektrotları bulunur ve toz plakaların üzerine çöker.Böyle bir çökelticiden tozlu bir gaz geçtiğinde, toz parçacıkları üzerinde iyonlar emilir ve böylece parçacıklar hızla yüklenir. Şarj sırasında, toz parçacıkları toplama elektroduna doğru hareket ettikçe hızlanır.

Dış bölgedeki toz hareketinin hızının belirleyicileri korona deşarjı elektrik alanın parçacık yükü ve aerodinamik rüzgar kuvveti ile etkileşimidir.

Toz parçacıklarının toplama elektroduna doğru hareket etmesine neden olan kuvvet— Parçacıkların yükünün elektrotların elektrik alanıyla etkileşiminin Coulomb kuvveti… Parçacık toplama elektroduna doğru hareket ederken, aktif coulomb kuvveti baş sürükleme kuvveti ile dengelenir. Bir parçacığın toplama elektroduna olan sürüklenme hızı, bu iki kuvvetin eşitlenmesiyle hesaplanabilir.

Elektrot üzerindeki partikül birikiminin kalitesi şu faktörlerden etkilenir: partikül boyutu, hızı, iletkenliği, nemi, sıcaklığı, elektrot yüzeyinin kalitesi, vb.Ama en önemlisi tozun elektriksel direncidir. En büyük rezistans toz gruplara ayrılır:

104 Ohm * cm'den daha az özgül elektrik direncine sahip toz

Böyle bir parçacık, pozitif yüklü bir toplama elektrotu ile temasa geçtiğinde, negatif yükünü hemen kaybeder ve elektrot üzerinde anında pozitif bir yük alır. Bu durumda, parçacık elektrottan kolayca uzaklaştırılabilir ve temizleme etkinliği düşer.

104 ila 1010 Ohm * cm özgül elektrik direncine sahip toz.

Bu tür tozlar elektrot üzerine iyi yerleşir, borudan kolayca silkelenir, filtre çok verimli çalışır.

1010 Ohm * cm'den fazla özgül elektrik direncine sahip toz.

Toz, elektrostatik çöktürücü tarafından kolayca yakalanmaz. Çöken parçacıklar çok yavaş dışarı atılır, elektrot üzerindeki negatif yüklü parçacık tabakası kalınlaşır. Yüklü katman, yeni gelen parçacıkların birikmesini engeller. Temizleme etkinliği azalır.

En yüksek elektrik direncine sahip toz — manyezit, alçı taşı, kurşun oksitler, çinko vb. Gazı nemlendirerek ve ona bazı reaktifler (veya kurum parçacıkları, kok) ekleyerek tozun direncini azaltabilirsiniz.

Filtreye giren tozun bir kısmı gaz tarafından alınabilir ve tekrar taşınabilir, bu gaz hızına ve toplama elektrodunun çapına bağlıdır. Halihazırda hapsolmuş olan toz su ile hemen durulanarak ikincil sürüklenme azaltılabilir.

Filtrenin akım-gerilim karakteristiği bazı teknolojik faktörler tarafından belirlenir.Sıcaklık ne kadar yüksek olursa korona akımı o kadar yüksek olur; ancak filtrenin kararlı çalışma gerilimi, arıza geriliminin düşmesi nedeniyle azalır. Daha yüksek nem, daha düşük korona akımı anlamına gelir. Daha yüksek gaz hızı, daha düşük akım anlamına gelir.

Gaz ne kadar temizse - korona akımı ne kadar yüksekse, gaz o kadar tozludur - korona akımı o kadar düşük olur. Sonuç olarak, iyonlar tozdan 1000 kattan daha hızlı hareket eder, bu nedenle parçacıklar yüklendiğinde korona akımı azalır ve filtrede ne kadar çok toz varsa, korona akımı o kadar düşük olur.

Aşırı tozlu koşullar için (Z1 25 - 35 g / m23) korona akımı neredeyse sıfıra düşebilir ve filtre çalışmayı durdurur. Buna tepe kilitleme denir.

Kilitli bir korona, toz parçacıklarına yeterli yük sağlamak için iyon eksikliği ile sonuçlanır. Tepe nadiren tamamen kilitlense de, elektrostatik çöktürücü tozlu ortamlarda iyi performans göstermez.

Metalürjide, düşük enerji tüketimiyle tozun %99,9'a kadarını gideren yüksek verimlilikle karakterize edilen levha elektrofiltreler en sık kullanılır.

Bir elektrofiltre hesaplanırken, performansı, çalışma verimliliği, korona oluşturmak için enerji tüketimi ve ayrıca elektrotların akımı hesaplanır. Filtrenin performansı, aktif bölümünün alanına göre bulunur:

Elektrofiltrenin aktif bölümünün alanı bilinerek özel tablolar kullanılarak uygun filtre tasarımı seçilir. Filtre verimliliğini bulmak için aşağıdaki formülü kullanın:

Toz parçacıklarının boyutu, gaz moleküllerinin ortalama serbest yolu (yaklaşık 10-7 m) ile orantılıysa, sapma hızları aşağıdaki formülle bulunabilir:

Büyük aerosol parçacıklarının sürüklenme hızı aşağıdaki formülle bulunur:

Her bir toz fraksiyonu için filtrenin verimliliği ayrı ayrı üretilir ve bundan sonra elektrostatik filtrenin genel verimliliği belirlenir:

Filtredeki elektrik alanın çalışma yoğunluğu, yapısına, elektrotlar arasındaki mesafeye, korona elektrotlarının yarıçapına ve iyonların hareketliliğine bağlıdır. Bir elektrofiltre için normal çalışma voltajı aralığı 15 * 104 ila 30 * 104 V / m'dir.

Sürtünme kayıpları genellikle hesaplanmaz, sadece 200 Pa olduğu varsayılır. Bir korona oluşturmak için enerji tüketimi aşağıdaki formülle bulunur:

Metalürjik toz toplanırken akım şu şekilde kurulur:

Elektrofiltrenin elektrotlar arası mesafesi, yapısına bağlıdır. Toplama elektrotlarının uzunluğu, gerekli toz toplama derecesine bağlı olarak seçilir.

Elektrostatik çökelticiler genellikle temiz dielektriklerden ve temiz iletkenlerden toz almak için kullanılmazlar. Sorun, oldukça iletken parçacıkların kolayca yüklenmesidir, ancak aynı zamanda toplama elektrodunda hızla dışarı atılırlar ve bu nedenle gaz akışından hemen çıkarılırlar.

Dielektrik parçacıklar toplama elektroduna yerleşir, yükünü azaltır ve filtrenin düzgün çalışmasını engelleyen ters korona oluşumuna yol açar. Elektrostatik çökeltici için normal çalışma toz içeriği 60 g/m23'ün altındadır ve elektrostatik çökelticilerin kullanıldığı maksimum sıcaklık +400°C'dir.

Bu konuda ayrıca bakınız:

Elektrostatik filtreler — cihaz, çalışma prensibi, uygulama alanları