Конструктивные характеристики сухих вертикальных электрофильтров

Марка электро- фильтра	Площадь активного сечения, м2	Общая площадь осаждения, м2	Габариты, м
			Длина	Ширина	Высота
УВ221,6	1200	5,75	6,69	20,15
УВ332,4	1800	5,75	9,69	20,15
УВ216	900	5,75	5,19	20,15
УВ216 32	1800	5,75	9,69	20,15
УВ224 48	2640	8,15	9,69	21,7
УВЗ24 72	3960	8,15	14,19	21,7

Мокрые электрофильтры ЭВМ (рис. 7.7) предназначаются для улавливания туманов и капель серной кислоты с концентрацией (5...20) % об. в присутствии следов оксидов мышьяка, селена, соединений фтора. Электрофильтры выполняются вертикальными однопольными и односекционными. Корпус стальной цилиндрический, футеруется изнутри на месте монтажа кислотоупорными материалами.

Осадительные электроды выполнены из полимерных токопроводящих пластин, имеющих повышенную теплопроводность. Коронирующие электроды изготавливают из освинцованного провода. Маркировка электрофильтра означает: электрофильтр вертикальный мокрый.

Степень улавливания диспергированного вещества при концентрации на входе от 3 до 5% в пересчете на 100%-ю серную кислоту и двухступенчатой очистке достигает 99,7%. Допускается работа электрофильтра под разрежением до 6 кПа. Температура очищаемого газа 20...45°С. При скорости газового потока 1 м/с пропускная способность составляет 6,8 м³/с, а сопротивление аппарата - около 100 Па. Площадь активного сечения 6,8 м², площадь осаждения 218 м². Активная длина поля (высота электродов) 3,5 м, диаметр аппарата 3,6 м.

Рис. 7.7. Мокрый электрофильтр типа ЭВМ:

1 - защитная коробка для подвода тока; 2 - люк обслуживания; 3 - изоляторная коробка; 4 - коронирующий электрод; 5 -осадительный электрод;

6 - корпус; 7 - футеровка корпуса; 8 - газораспределительная решетка.

7.3. Подбор и расчет электрофильтров

При выборе типа электрофильтра исходят из расхода, физико-химических параметров газа и дисперсной примеси, а также условий размещения фильтра. Основные рекомендации могут быть сведены к следующему. Мокрые аппараты имеют более высокие коэффициенты очистки из-за уменьшения вторичного уноса, однако им присущи и общие недостатки мокрых способов: необходимость обработки или удаления загрязненных стоков и шлама, коррозия металлических узлов аппаратов, усложнение эксплуатации очистного устройства и т.д. Поэтому для осаждения твердых примесей сухие аппараты предпочтительнее мокрых. Из конструкций сухих электрофильтров вертикальную компоновку применяют при недостатке производственной площади, низкой начальной запыленности и не слишком мелкодисперсной пыли, так как время пребывания в них намного меньше, чем в горизонтальных.

Осаждение частиц в электрофильтрах происходит под действием кулоновских или электрических сил на частицы. Эти силы заставляют частицы двигаться к осадительным электродам со скоростью, определяемой равенством электрической силы и силы гидродинамического сопротивления. Скорость осаждения возрастает вместе со скоростью миграции частиц, поэтому последняя должна иметь максимальное значение.

Модели улавливания зависят от характера течения газа в осадителе. В простейшем случае частицы переносятся ламинарным потоком. В этом случае скорость движения частиц к осадительному электроду можно рассчитать, используя законы классической механики и электростатики:

F_e = q^.E - закон Кулона электростатического взаимодействия;

- закон сопротивления Стокса-Кенингема.

Записывая Fe = F_c и решая уравнение, получаем для скорости миграции

, (7.6)

где q - заряд частицы; Е - осаждающее поле;  - вязкость газа; r_ч – радиус частицы;  - средняя длина пробега молекул окружающего газа; А - безразмерный параметр, величина которого для атмосферного воздуха составляет  0,86.

Полное улавливание происходит тогда, когда самая медленная частица имеет достаточно времени для того, чтобы пройти путь от коронирующего электрода до осадительного. Условия идеального ламинарного течения никогда не реализуются на практике, хотя к ним можно приблизиться в некоторых типах двухступенчатых осадителей. В одноступенчатых фильтрах, обычно используемых в промышленности, течение газа носит сложный турбулентный характер.

У малых частиц, представляющих наибольший интерес для электрофильтрации, скорость миграции много меньше скорости газа в осадителе. Движение частиц в этих условиях определяется в первую очередь полем турбулентного течения и лишь во вторую очередь - электрическими силами. Частицы осаждаются тогда, когда они приближаются к осадительному электроду и заносятся в ламинарный пограничный слой, где электрические силы вынуждают их двигаться к осадительной поверхности.

Степень очистки газов и другие эксплуатационное характеристики электрофильтра могут быть достоверно определены только при наличии точной информации об опыте эксплуатации подобных конструкций в аналогичных условиях. При отсутствии необходимых сведений (отстутствие аналога, сложность или дороговизна поиска и получения информации) можно определить степень очистки расчетом. Однако расчетных методик, дающих надежные результаты, нет. Поэтому информация, полученная расчетным путем, может использоваться как предварительная и оценочная.

Осаждение частиц в условиях турбулентного потока можно рассмотреть на основе вероятностного подхода, который ведет к экспоненциальной формуле для вероятности захвата частицы, двигающейся в поле электрофильтра. Формула для эффективности улавливания  имеет вид:

, (7.7)

где А_ос - поверхность осаждения фильтра, м²; w_д - скорость миграции (дрейфа) частиц, м/с; v - скорость течения газа, м/с.

Это уравнение теоретически применимо только к монодисперсным частицам, скорости миграции которых не превышают 10…20 % скорости течения газа.

Под скоростью дрейфа понимают результирующую скорость движения взвешенных частиц в активной зоне электрофильтра. Степень очистки может быть подсчитана достаточно достоверно, если известна скорость дрейфа, найденная опытным путем, например, из опыта эксплуатации подобных электрофильтров при идентичных параметрах выбросов, в аналогичных условиях и т.д.

Теоретическую степень очистки газов  в электрофильтре можно рассчитать по следующим формулам (в %):

- для пластинчатого электрофильтра

, (7.8)

- для трубчатого электрофильтра

, (7.9)

где w_д — скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с; v — скорость газов в активном сечении электрофильт­ра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с, l — активная длина электрофильтра, т. е. протяженность электрического поля в направлении хо­да газов (в вертикальных электрофильтрах совпадает с высотой электродов), м; R — радиус трубчатого осадительного электрода, м;  — расстояние меж­ду коронирующим электродов и пластинчатым осадительным электродом (межэлектродный промежуток), м.

В пределах применимости формулы Стокса скорость ©ч рас­считывается по следующим формулам (в м/с):

• для частиц диаметром d_ч  1 мкм

; (7.10)

• для частиц диаметром d_ч  1 мкм

, (7.11)

где Е — напряженность электрического поля в электрофильтре, В/м; d_ч — диаметр частицы, м;  — динамический коэффициент вязкости газа, Па-с; С_к — поправка Кенингема—Милликена; С_к = (А — численный коэф­фициент, равный 0,815...1,63;  — длина среднего свободного пробега моле­кул газа, м;  =10^-7 м).

Для упрощенных расчетов используется модифицированная формула

, (7.12)

где K_у - параметр вторичного уноса; А - безразмерный параметр, величина которого зависит от соотношения площадей активной и неактивной зон электрофильтра;  - безразмерный параметр, зависящий от соотношения электрических и аэродинамических сил.

В случае полидисперсных частиц можно прибегнуть к интегрированию с использованием известной или гипотетической функции распределения частиц по размерам для расчета эффективности электрофильтра. Пусть (х) будет функцией распределения по размерам, т. е. (х)^.dx - доля частиц, имеющих размер от (х) до (х + dx). Тогда эффективность определяется уравнением

, (7.13)

которое можно решить аналитически для ряда случаев, представляющих практический интерес. Наиболее важный случай - логарифмически нормальное распределение в условиях, когда преобладает полевая зарядка.

Эффективность осаждения заряженных частиц в электрофильтрах зависит от ряда факторов: электрической проводимости и размера взвешенных частиц, скорости газов, их температуры и влажности, состояния поверхности осадительных электродов и т. д.

Важнейшим фактором, влияющим на размеры электрофильтров, является время, необходимое для того, чтобы улавливаемая частица достигла осадительного электрода . Эту величину определяют по соотношению:

, (7.14)

где  - расстояние между коронирующим и осадительным электродами, м; - скорость дрейфа (средняя условная скорость движения частиц по направлению к осадительным электродам), м/с.

Время осаждения должно быть всегда меньше общего времени пребывания частиц в воздушном потоке, проходящем через электрофильтр ( ), т.е. условие нормальной работы электрофильтра имеет вид:

(7.15)

Величина может быть выражена следующим образом:

(7.16)

где - путь движения запыленного газа в аппарате, м; - средняя расходная скорость движения газа в фильтре, м/с.

В электрофильтрах улавливают частицы размером несколько микрон, поэтому без большой погрешности можно допустить, что скорость движения частиц с потоком газа равна средней расходной скорости газа в аппарате. Тогда, приравняв правые части уравнений (7.12) и (7.14), получим выражение для определения предельной величины средней расходной скорости сквозь фильтр:

. (7.17)

Для частиц размером мкм теоретическим путем было получено следующее уравнение для расчета скорости дрейфа:

, (7.18)

где Е - напряженность электрического поля осаждения, В/м; - динамическая вязкость газа при рабочей температуре, Пас.

Однако на практике скорость дрейфа обычно оказывается в полтора-два раза ниже теоретической. Тогда необходимая площадь (в м²) активного сечения электрофильтра может быть найдена по зависимости:

. (7.19)

По рассчитанной величине площади активного сечения подбирают серийно выпускаемый электрофильтр той или иной серии.

Степень очистки (в %) может быть рассчитана по уравнению:

, (7.20)

где - удельная поверхность осаждения электрофильтра, м²/(м³с).