Очистка газів в електрофільтрах. Фізичні основи методу

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри (рисунок 5.29, 5.30). Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки. В електрофільтрах очистка газів від пилу відбувається під дією електричних сил. У процесі іонізації молекул газів електричним розрядом відбувається стримування частинок. Іони абсорбуються на поверхні пилинок, а потім під дією електричного поля переміщаються і осаджуються на осаджувальних електродах. Зарядження частинок в полі коронного розряду відбувається за двома механізмами: дією електричного поля (частинки бомбардуються іонами, рухаючись в напрямку силових ліній поля) і дифузії іонів. Перший механізм переважає при розмірах частинок понад 0,5 мкм, другий - менше 0,2 мкм. Для частинок діаметром 0,2-0,5 м ефективні обидва механізми. Максимальна величина заряду частинок розміром понад 0,5 мкм пропорційна квадрату діаметра частинок, а частинки розміром менше 0,2 мкм – діаметру частинок.

Величину заряду q(кА), якого набуває провідна частинка сферичної форми під дією електричного поля, розраховують за формулою:

(5.18)

де - діелектрична проникність ( = 8,85 · 10^-12);

Е - напруга електричного поля коронного розряду, В/м.

Величину заряду, якого набуває непровідна частинка, визначають за формулою:

(5.19)

де - відносна діелектрична проникність частинок.

Теоретичний ступінь очистки газів в електрофільтрі:

- для трубчастого електрофільтра:

(5.20)

- для пластинчастого електрофільтра:

(5.21)

де - швидкість руху частинок до осаджуючих електродів (швидкість витання частинок), м/с;

- швидкість газів в активному перерізі електрофільтра, тобто у вільному перерізі для проходження газів, м/с;

- корисна довжина електрофільтра, тобто протяжність електричного поля в напрямку проходження газів (у вертикальних електрофільтрах збігається з висотою електродів), м;

- радіус трубчастого осаджуючого електрода, м;

- відстань між коронуючими електродами і пластинчастим осаджуючим електродом (міжелектронний інтервал), м.

Таким чином, електроочистка включає процеси утворення іонів, заряду частинок пилу, транспортування їх до осаджувальних електродів, періодичне очищення пилу, який нагромаджується на електродах, і струшування його в пилозбірні бункери. За конструктивними особливостями електрофільтри розрізняють за різними ознаками: за напрямком проходження газів - на вертикальні та горизонтальні; за формою осаджувальних електродів – пластинчастими, трубчастими і шестигранними електродами; за формою коронуючих електродів - голчасті, з круглим або штиковим перерізом; за кількістю послідовно розміщених електричних полів - одно- і багатопольні; за розміщенням зон зарядки і осадження - одно- і двозонні; за кількістю паралельно працюючих секцій - одно- і багатосекційні.

Найбільш поширені електрофільтри з пластинчастими і трубчастими електродами. В пластинчастих електрофільтрах між осаджувальними пластинчастими електродами натягнуті дротяні коронуючі електроди. У трубчастих електрофільтрах осаджувальні електроди являють собою циліндри (трубки), всередині яких по осі розміщені коронуючі електроди.

Електрофільтр живиться постійним струмом високої напруги (50—100 кВ). При напруженості електричного поля між електродами 15 кВ/см повітря йонізується і створює позитивні та негативні заряди. Заряджені частинки осідають на часточки пилу, внаслідок чого вони рухаються до протилежно заряджених електродів і осідають на них. У сухих електрофільтрах для очищення поверхні електродів від пилу використовують струшуючі пристрої ударно-молоткового типу.

Схема трубчастого електрофільтра показана на рисунку 5.29.

Запилений газ рухається по вертикальних трубках діаметром 200-250 мм. Пил осідає на внутрішній поверхні труб і далі його за допомогою пристрою струшують у бункер.

Електрофільтри очищають великі об'єми газів від пилу з частинками розміром від 0,01 до 100 мкм при температурі газів до 400-450 °С. Гідравлічний опір електрофільтрів досягає 150 Па. Витрати електроенергії становлять 0,36-1,8 МДж на 1000 м³ газу. Фільтри ефективно працюють при невеликих газових потоках, досягаючи ступеня очищення 99,9 %.

Ефективність роботи електрофільтрів залежить від властивостей пилу і газу, швидкості та рівномірності розподілу запиленого потоку в перерізі апаратів. Чим більша напруженість поля і менша швидкість газу в апараті, тим краще вловлюється пил.

Електрофільтри незамінні при очищенні викидів цементних, вапняних, гіпсових та інших виробництв, де містяться пилоподібні частки, схильні до схоплювання при контактах з вологою. Вловлений в електрофільтрах пил є цінним готовим продуктом або вторинною мінеральною сировиною.

До переваг електрофільтрів відноситься висока ступінь очищення, що досягає 99 %, можливість уловлювання частинок широкого діапазону розмірів, стабільна робота при високій запиленості і температурі газу, висока продуктивність і можливість повної автоматизації процесу очищення. До недоліків електрофільтрів слід віднести високу чутливість до параметрів газу, що очищається (температура, вологість, електричний опір), неможливість використання для очищення вибухо- і пожежонебезпечних сумішей, відносно високу вартість апарату і підвищені вимоги до техніки

Рисунок 5.29 - Трубчатий електрофільтр: 1 – осаджуючий електрод; 2 – коронуючий електрод; 3 – рама; 4 – струшуючий пристрій; 5 - ізолятор

Рисунок 5.30 - Електрофільтр у доменному виробництві

безпеки при експлуатації. Для нормальної роботи електрофільтра необхідно забезпечити чистоту осаджувальних і коронуючих електродів. Забруднення коронуючого електрода сприяє підвищенню початкової напруги коронування, але це не завжди можливо. Якщо пил має великий електричний опір, то шар на електроді діє як ізолятор і коронний розряд припиняється.

Рисунок 5.31 - Сучасний електрофільтр "ФИНГО" на ТЕС Европіт (Ірландія)

Рисунок 5.32 – Загальний вигляд електрофільтру