Neteja elèctrica de gas: la base física del funcionament dels precipitadors electrostàtics
Si passeu un gas pols a través de la zona d'acció d'un camp elèctric fort, teòricament partícules de pols adquirir una càrrega elèctrica i començarà a accelerar, movent-se al llarg de les línies de força del camp elèctric fins als elèctrodes, seguit de la deposició sobre ells.
Tanmateix, en les condicions d'un camp elèctric uniforme, no serà possible obtenir ionització per impacte amb la generació d'ions en massa, ja que en aquest cas es produirà sens dubte la destrucció de l'espai entre els elèctrodes.
Però si el camp elèctric no és homogeni, la ionització per impacte no conduirà a la ruptura de la bretxa. Això es pot aconseguir, per exemple, aplicant condensador cilíndric buit, prop de l'elèctrode central, en el qual la tensió del camp elèctric E serà molt més gran que a prop de l'elèctrode cilíndric exterior.
A prop de l'elèctrode central, la força del camp elèctric serà màxima, mentre que s'allunya d'ell cap a l'elèctrode exterior, la força E disminuirà de manera ràpida i significativa i després continuarà disminuint, però més lentament.
En augmentar la tensió aplicada als elèctrodes, primer obtenim un corrent de saturació constant i, augmentant encara més la tensió, podrem observar un augment de la força del camp elèctric a l'elèctrode central fins a un valor crític i l'inici del xoc. ionització a prop seu.
A mesura que la tensió augmenta encara més, la ionització per impacte s'estendrà per una àrea cada cop més gran del cilindre i augmentarà el corrent a l'espai entre els elèctrodes.
Com a resultat, es produirà una descàrrega corona, per tant La generació d'ions serà suficient per carregar partícules de pols, tot i que la ruptura definitiva de la bretxa no es produirà mai.
Per obtenir una descàrrega corona per carregar partícules de pols en un gas, no només és adequat un condensador cilíndric, sinó també una configuració diferent d'elèctrodes que puguin proporcionar un camp elèctric no homogeni entre ells.
Per exemple, generalitzada electrofiltres, en què es produeix un camp elèctric no homogeni mitjançant una sèrie d'elèctrodes de descàrrega muntats entre plaques paral·leles.
La determinació de l'estrès crític i l'estrès crític en què es produeix la corona es fa a causa de les corresponents dependències analítiques.
En un camp elèctric no homogeni, entre els elèctrodes es formen dues regions amb diferents graus d'inhomogeneïtat. La regió de la corona promou la generació d'ions de signe oposat i electrons lliures a prop de l'elèctrode prim.
Els electrons lliures, juntament amb els ions negatius, es dirigeixen cap a l'elèctrode exterior positiu, on li donen la seva càrrega negativa.
La corona aquí es distingeix per un volum important i l'espai principal entre els elèctrodes està ple d'electrons lliures i ions carregats negativament.
En els precipitadors electrostàtics tubulars, el gas a desempolsar es fa passar per tubs verticals de 20 a 30 cm de diàmetre, amb elèctrodes de 2 a 4 mm estirats al llarg dels eixos centrals dels tubs. El tub és un elèctrode col·lector, ja que la pols atrapada s'instal·la a la seva superfície interior.
Un precipitador de plaques té una fila d'elèctrodes de descàrrega centrats entre les plaques, i la pols s'assenta sobre les plaques.Quan un gas polsós travessa aquest precipitador, els ions s'absorbeixen a les partícules de pols i, per tant, les partícules es carreguen ràpidament. Durant la càrrega, les partícules de pols s'acceleren a mesura que es mouen cap a l'elèctrode col·lector.
Determinants de la velocitat del moviment de pols a la zona exterior descàrrega corona són la interacció del camp elèctric amb la càrrega de partícules i la força aerodinàmica del vent.
La força que fa que les partícules de pols es moguin cap a l'elèctrode col·lector: Força de Coulomb d'interacció de la càrrega de les partícules amb el camp elèctric dels elèctrodes... A mesura que la partícula es mou cap a l'elèctrode col·lector, la força de coulomb activa s'equilibra amb la força d'arrossegament del cap. La velocitat de deriva d'una partícula cap a l'elèctrode col·lector es pot calcular igualant aquestes dues forces.
La qualitat de la deposició de partícules a l'elèctrode es veu afectada per factors com: la mida de les partícules, la seva velocitat, conductivitat, humitat, temperatura, qualitat de la superfície de l'elèctrode, etc.Però el més important és la resistència elèctrica de la pols. El més gran resistència la pols es divideix en grups:
Pols amb una resistència elèctrica específica inferior a 104 Ohm * cm
Quan aquesta partícula entra en contacte amb un elèctrode col·lector carregat positivament, immediatament perd la seva càrrega negativa, adquirint instantàniament una càrrega positiva a l'elèctrode. En aquest cas, la partícula es pot treure fàcilment de l'elèctrode i l'eficiència de neteja baixarà.
Pols amb una resistència elèctrica específica de 104 a 1010 Ohm * cm.
Aquesta pols s'instal·la bé a l'elèctrode, es treu fàcilment de la canonada, el filtre funciona de manera molt eficient.
Pols amb una resistència elèctrica específica de més de 1010 Ohm * cm.
La pols no és capturada fàcilment pel precipitador electrostàtic. Les partícules precipitades s'expulsen molt lentament, la capa de partícules carregades negativament de l'elèctrode es fa més gruixuda. La capa carregada evita la deposició de les noves partícules que arriben. L'eficiència de la neteja disminueix.
Pols amb la resistència elèctrica més alta: magnesita, guix, òxids de plom, zinc, etc. Com més alta sigui la temperatura, més intensament augmentarà la resistència a la pols primer (a causa de l'evaporació de la humitat) i després la resistència cau. Humitejant el gas i afegint-hi alguns reactius (o partícules de sutge, coc), es pot reduir la resistència de la pols.
Entrant al filtre, una part de la pols pot ser recollida pel gas i transportada de nou, això depèn de la velocitat del gas i del diàmetre de l'elèctrode col·lector. L'arrossegament secundari es pot reduir esbandint immediatament la pols ja atrapada amb aigua.
Característica corrent-tensió del filtre està determinat per alguns factors tecnològics.Com més alta sigui la temperatura, més gran serà el corrent de corona; tanmateix, la tensió de funcionament estable del filtre disminueix a causa d'una disminució de la tensió de ruptura. Una humitat més alta significa un menor corrent de corona. Una velocitat més alta del gas significa menys corrent.
Com més net sigui el gas, com més gran sigui el corrent de corona, més pols el gas, menor serà el corrent de corona. La conclusió és que els ions es mouen més de 1000 vegades més ràpid que la pols, de manera que quan es carreguen les partícules, el corrent corona disminueix i com més pols hi hagi al filtre, menor serà el corrent corona.
En condicions extremadament polsegoses (Z1 25 a 35 g/m23) el corrent corona pot baixar gairebé a zero i el filtre deixarà de funcionar. Això s'anomena bloqueig de la corona.
Una corona bloquejada provoca una manca d'ions per proporcionar una càrrega suficient a les partícules de pols. Tot i que la corona rarament es bloqueja completament, el precipitador electrostàtic no funciona bé en entorns polsosos.
En metal·lúrgia, els electrofiltres de plaques s'utilitzen més sovint, caracteritzats per una alta eficiència, eliminant fins a un 99,9% de la pols amb un baix consum d'energia.
Quan es calcula un electrofiltre, es calcula el seu rendiment, l'eficiència de funcionament, el consum d'energia per crear una corona, així com el corrent dels elèctrodes. El rendiment del filtre es troba per l'àrea de la seva secció activa:
Coneixent l'àrea de la secció activa de l'electrofiltre, es selecciona un disseny de filtre adequat mitjançant taules especials. Per trobar l'eficiència del filtre, utilitzeu la fórmula:
Si la mida de les partícules de pols és proporcional a la trajectòria lliure mitjana de les molècules de gas (uns 10-7 m), la velocitat de la seva desviació es pot trobar amb la fórmula:
La velocitat de deriva de les grans partícules d'aerosol es troba mitjançant la fórmula:
L'eficiència del filtre per a cada fracció de pols es produeix per separat, després de la qual s'estableix l'eficiència global del precipitador electrostàtic:
La intensitat de funcionament del camp elèctric al filtre depèn de la seva construcció, la distància entre els elèctrodes, el radi dels elèctrodes de corona i la mobilitat dels ions. El rang de tensió de funcionament habitual per a un electrofiltre és de 15 * 104 a 30 * 104 V / m.
Les pèrdues per fricció normalment no es calculen, sinó que simplement se suposa que són 200 Pa. El consum d'energia per crear una corona es troba amb la fórmula:
El corrent en la recollida de pols metal·lúrgica s'estableix de la següent manera:
La distància interelèctrode de l'electrofiltre depèn de la seva construcció. La longitud dels elèctrodes de recollida es tria en funció del grau de recollida de pols requerit.
Els precipitadors electrostàtics no s'utilitzen generalment per capturar la pols de dielèctrics nets i conductors nets. El problema és que les partícules altament conductores es carreguen fàcilment, però també s'expulsen ràpidament a l'elèctrode col·lector i, per tant, s'eliminen immediatament del corrent de gas.
Les partícules dielèctriques s'instal·len a l'elèctrode col·lector, redueixen la seva càrrega i provoquen la formació de corona inversa, que impedeix que el filtre funcioni correctament. El contingut de pols de funcionament normal del precipitador electrostàtic és inferior a 60 g / m23 i la temperatura màxima a la qual s'utilitzen els precipitadors electrostàtics és de +400 ° C.
Veure també sobre aquest tema:
Filtres electrostàtics: dispositiu, principi de funcionament, àrees d'aplicació