7 Лекция. Механизмы процесса электрической фильтрации газов

Электрофильтры являются универсальными аппаратами для очистки промышленных газов от твердых и жидких частиц. К числу преимуществ электрофильтра относятся: высокая степень очистки (99%), низкие энергетические затраты на улавливание частиц, обычно 0,3—1,8 МДж (0,1—0,5 кВт∙ч) на 1000 м³ газа; возможность улавливания частиц размером 100—0,1 мкм и менее, при этом кон­центрация взвешенных частиц в газах может колебаться от долей до 50 г/м³ и более, а их температура может превышать 500 °С. Электрофильтры могут работать под давлением и разрежением, а также в условиях воздействия различных агрессивных сред.

К недостаткам электрофильтров относится высокая чувствительность процесса электрической фильтрации газов к отклонениям от заданных параметров технологического режима, а также к незначительным механическим дефектам в активной зоне аппарата.

Однако, несмотря на указанные недостатки, электрофильтры являются одним из распространенных, а иногда незаменимых аппаратов для очистки промышленных газов от твердых и жидких загрязняющих веществ, выделяющихся при различных технологических процессах, прежде всего больших объемов газа (порядка сотен тысяч и миллионов кубических метров газа в час).

Электрофильтры широко применяются почти во всех отраслях народного хозяйства: теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, в строительной индустрии, при производстве удобрений и утилизации бытовых отходов, в атомной промышленности и др. Область применения электрофильтров непрерывно расширяется.

Техника электрической фильтрации газов непрерывно развивается в направлении интенсификации процесса с целью уменьшения габаритов электрофильтров, повышения степени очистки при улавливании пылей с низкой электропроводностью, создания новых источников для питания электрофильтров.

Электрофильтры не применяются, если очищаемый газ является взрывоопасной смесью или такая смесь может образоваться в ходе процесса в результате отклонения от нормального технологического режима, так как при работе электрофильтра неизбежно возникновение искровых разрядов. В исключительных случаях электрофильтры все же устанавливаются в условиях возможного образования взрывоопасных сред, однако при этом предпринимаются особые меры предосторожности, включающие специальные конструктивные решения, автоматическое отключение агрегата питания при возникновении взрывоопасных концентраций среды и т. п.

Установка для электрической очистки газов состоит из электрофильтра, агрегатов питания и систем транспорта уловленной пыли. Собственно электрофильтр состоит из металлического корпуса с размещенными внутри него осадительными и коронирующими электродами. На входе в электрофильтр обычно устанавливается газорас­пределительное устройство, обеспечивающее равномерное распределение газов в активной зоне аппарата. Электрофильтр снабжается спе­циальными устройствами для удаления уловленной пыли. Осадительные электроды выполняются из металлических пластин различной конфигу­рации или из труб круглого или шестиугольного сечения. Коронирующие электроды выполняются из круглой проволоки или из узких полос с выступающими острыми углами и др.

Сущность процесса электрической фильтрации газов заключается в следующем. Газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через си­стему, состоящую из заземленных осадительных электродов и разме­щенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным проме­жутком) коронирующих электродов, к которым подводится выпрямлен­ный электрический ток высокого напряжения (см. рисунок 7.1).

1 – коронирующий электрод; 2 – электроны; 3 – ионы; 4 – частицы пыли; 5 – осадительный электрод.

Рисунок 7.1 - Механизм зарядки и осаждения частиц в электрофильтре

При достаточно большом напряжении, приложенном к межэлектродному проме­жутку, у поверхности коронирующего электрода происходит ионизация газа, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (короны), который на весь межэлектродный промежуток не распространяется и затухает по мере уменьшения напряженности электрического поля в направлении осадительного электрода.

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне коро­ны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в межэлектродном промежутке возникает электрический ток, называемый током короны. Улавливаемые частицы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектрод­ном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электриче­ского поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное коли­чество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных элек­тродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осажденные частицы удаляются встря­хиванием или промывкой электродов.

Конструктивная схема электрофильтра представлена на рисунке 7.2. Между двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В пространство между каждой из плоскостей и проводами подается газопылевой поток. В поле коронного разряда, возникающего при подаче высокого напряжения на проводе, частицы заряжаются и под действием поля движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются.

а - электрофильтр с трубчатыми электродами; б - электрофильтр с пластинчатыми электродами; 1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды.

Рисунок 7.2 - Конструктивная схема электрофильтра

Таким образом, концентрация пыли в газе при прохождении его через активную зону электрофильтра значительно уменьшается. В трубчатых электрофильтрах удается получить более высокие значения рабочего напряжения, чем в пластинчатых. Вместе с тем в пластинчатых электрофильтрах проще решаются вопросы обеспыливания больших объемов газов в едином аппарате.

К числу наиболее важных параметров, влияющих на эффективность работы электрофильтров, относятся напряженность электрического поля. Кроме этого, движение частиц в электрическом поле, время пребывания частиц в активной зоне, удельное электрическое сопротивление слоя пыли на электродах, эффективность встряхивающих устройств, явления вторичного уноса частиц пыли и др.

Процесс электрической фильтрации газов можно разделить на следующие стадии: зарядка взвешенных в газе частиц; движение заряженных частиц к электродам (подавляющая часть заряженных частиц движется к осадительным электродам); осаждение частиц на электродах; удаление осажденных частиц с электродов.

В настоящее время в промышленности применяются два вида электрофильтров: однозонные и двухзонные электрофильтры. Однозонные электрофильтры, в которых зарядка и осаждение частиц осуществляются в одной зоне, используемые для очистки промышленных газов. Двухзонные электрофильтры, в которых процессы зарядки и осаждения протекают в двух разных зонах – ионизаторе и осадителе, применяемые в основном для тонкой очистки воздуха в системах вентиляции и кондиционирования. Современный однозонный электрофильтр для очистки промышленных газов представляет собой газоплотный корпус, в котором размещаются системы электродов, а также устройства, обеспечивающие равномерное распределение газа по сечению аппарата и вывод из него уловленных частиц.