Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

В зависимости от формы осадительных электродов электрофильтры делятся на трубчатые и пластинчатые. Особо выделяются электрофильтры с шестигранными (сотовыми) электродами.

В зависимости от направления движения газов электрофильтры бывают горизонтальные и вертикальные.

По числу последовательно расположенных электрических полей различают электрофильтры однопольные и многопольные (например, двух-, трехпольные и т. д.), а по числу секций (камер), параллельно установленных по ходу газа,-- одно-многосекционные.

В зависимости - от состояния газов, поступающих на очистку, и системы удаления уловленных частиц с осадительных электродов электрофильтры бывают сухие и мокрые.

Кроме того, электрофильтры подразделяют на горячие и теплые. В горячие электрофильтры запыленные газы поступают с температурой более 250° С, а в теплые - менее 250° С.

5.2 Вольтамперная характеристика

Вольтамперная характеристика электрофильтра определяется напряжением U, приложенным к электродам, и линейной плотностью тока io, протекающего в межэлектродном пространстве.

Процесс очистки газов в элекрофильтре во многом определяется напряженностью электрического поля в межэлектродном пространстве и зависит от геометрических размеров электродов, расстояния между ними и силы тока, потребляемой электрофильтром.

По мере увеличения напряжения, приложенного к электродам, ионы и электроны, находящиеся около коронирующего электрода, могут приобрести такие скорости, при которых они будут ионизировать нейтральные молекулы газа. Однако с увеличением расстояния от электрода напряженность поля быстро падает по закону гиперболы. Скорость движения ионов также уменьшается. Та начальная напряженность поля, при которой у поверхности коронирующего электрода возникает коронный разряд, называется критической напряженностью.

5.3 Факторы, влияющие на величину вольтамперной характеристики электрофильтра

Влияние конструктивных факторов. На вольтамперную характеристику электрофильтра значительное влияние оказывают размер коронирующих электродов и величина межэлектродного пространства. Результаты экспериментального исследования (при температуре 20° С в воздушной среде) влияния размера коронирующих электродов на вольтамперные характеристики в трубчатых электрофильтрах показали, что линейная плотность тока при одинаковом напряжении увеличивается с уменьшением размера коронирующего электрода.

С увеличением количества коронирующих электродов сила тока возрастает, а затем резко падает. Это объясняется тем, что при увеличении числа электродов напряженность поля сначала возрастает, а затем при определенном количестве электродов электрические поля начинают экранировать друг друга. При дальнейшем увеличении числа электродов электрическое поле становится однородным и коронирование вообще прекращается.

Наибольшие значения линейной, плотности тока короны соответствуют отношению расстояния l между проводами в ряду к расстоянию H до осадительного электрода: l / H = 1,2 - 1,6.

Влияние свойств очищаемого газа. В производственных условиях в электрофильтре значительно изменяются давление, температура, плотность и влажность тазов, оказывая большое влияние на ток короны. Повышение давления газа в электрофильтре позволяет поддерживать более высокую напряженность электрического поля. С повышением температуры диапазон напряжений, при которых возможна устойчивая работа электрофильтра (без пробоя), сокращается вследствие уменьшения электрической прочности межэлектродного пространства. Ориентировочно можно принять, что пробивное напряжение электрофильтра обратно пропорционально абсолютной температуре газов. При температуре выше 250° С колебания подаваемого на электроды напряжения даже в небольших пределах вызывают значительное изменение силы тока.

Вместе с тем экспериментально установлено, что вольтамперная характеристика в основном зависит от плотности газов, в которых происходит коронный разряд, а от температуры и давления зависит лишь в той мере, в какой эти параметры влияют на плотность газов. При возрастании ее возможна устойчивая работа электрофильтра при более высоком напряжении на электродах.

Повышение влажности газов способствует возрастанию напряжения, при котором происходит пробой, а потребление тока электрофильтром снижается.

Влияние содержания в газах пылевых частиц. Сила тока в межэлектродном пространстве электрофильтра складывается из силы тока, переносимой газовыми ионами, обладающими сравнительно высокой скоростью (в среднем 60-100 м/сек), и силы тока, переносимой медленно движущимися заряженными пылевыми частицами, величина которой обычно составляет 1-2% общей силы тока в электрофильтре.

Так как скорость пылевых частиц значительно меньше скорости ионов, то наличие в газах этих частиц снижает количество зарядов, переносимых в единицу времени от коронирующего электрода к осадительному. Следовательно, заряд на пылевых частицах в поле электрофильтра уменьшает потребляемый ток, поскольку частицы действуют как заряженная решетка, подавляющая ток короны. Это означает, что с увеличением числа пылевых частиц в газе понижается ток в электрофильтре, т. е. снижается количество зарядов, переносимых в единицу времени от коронирующих к осадительным электродам.

При отсутствии пылевых частиц силовые линии непосредственно соединяют разноименные электроды, а в их присутствии большее число силовых линий соединяет заряженные частицы и осадительный электрод. С увеличением числа пылевых частиц в электрическом поле повышается заряд на частицах и может возникнуть такое состояние, когда ток в электрофильтре будет переноситься только заряженными частицами и сила тока значительно понизится. При этом улавливание частиц в электрофильтре ухудшается. Такое явление называется запиранием короны. Интенсивность этого явления увеличивается с ростом концентрации частиц.

Во избежание запирания короны перед электрофильтром в отдельных случаях устанавливают сухие или мокрые газоочистные аппараты, снижающие начальную запыленность газов.

Влияние свойств пылевых частиц. Влияние размеров частиц на работу электрофильтра проявляется прежде всего в величине заряда, получаемого частицами, и скорости их движения после зарядки к осадительным электродам. Заряд более крупных частиц и скорость их движения к осадительным электродам больше, чем мелких, поэтому крупные частицы улавливаются в электрофильтре полнее мелких. Химический состав частиц влияет на их электрическое сопротивление (проводимость).

Основная величина, характеризующая электрические свойства частиц, - удельное электрическое сопротивление.

По величине удельного электрического сопротивления частицы пыли можно разделить на три группы: менее 10І ом м, в пределах от 10І до 10&sup8; ом м и более 108 ом м.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением менее 10І ом м отличаются высокой проводимостью. При столкновении с металлической поверхностью осадительного электрода частицы почти мгновенно отдают свой заряд, приобретают заряд осадительного электрода, отталкиваются от осадительного электрода, попадая вновь в газовый поток. Затем процесс повторяется сначала и, таким образом, хорошо проводящая пылинка может пройти через весь электрофильтр не осаждаясь. Для улавливания электрофильтрами частиц с такой проводимостью необходимо применять осадительные электроды специальной конструкции, например карманные электроды.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10І до 108 ом м хорошо улавливаются в электрофильтрах. Заряды частиц равномерно стекают на поверхность осадительного электрода по мере подхода новых частиц из межэлектродного пространства.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением более 108 ом м, характеризуются низкой проводимостью. Электрические заряды, поступающие непрерывно с оседающими частицами, отводятся на осадительный электрод медленно. Слой осевшей пыли, состоящей из заряженных частиц, обладает некоторым напряжением, что приводит к нарушению нормальной работы электрофильтра. Это проявляется двояко:

1. Если слой пыли формируется на осадительном электроде равномерно и не имеет пор, напряжение коронного разряда снижается по сравнению с напряжением U, первоначально приложенному к электрофильтру, на величину U1 (напряжение в слое осевшей пыли). Внешний признак этого процесса - значительное снижение тока, потребляемого электрофильтром при нормальном напряжении, подаваемым на электроды, и ухудшение эффективности очистки. Повысить напряжение на электродах для компенсации его падения в слое пыли нельзя, поскольку пробивное напряжение в электрофильтре имеет вполне определенную величину и не зависит от чистоты электродов.

2. Если же слой пыли на электроде неравномерный, то он в зависимости от размера частиц обычно лишь на 10-50% состоит из пыли. Остальную часть слоя составляют поры и трещины, заполненные газом.

Диэлектрическая постоянная пыли значительно выше диэлектрической постоянной газа в порах и трещинах. Поэтому в порах силовые линии сгущаются.

Наступает момент, когда напряжение поля становится больше критического и газ, находящийся в порах у осадительного электрода, начинает коронировать. В этом случае корона уже положительна - обратная корона. Из нее в пространство электрофильтра выбрасываются положительные ионы. Они движутся навстречу отрицательно заряженным частицам и ионам и нейтрализуют их. Явление обратной короны резко ухудшает эффективность улавливания пылевых частиц в электрофильтре.

Внешним признаком появления обратной короны служит увеличение потребляемого тока даже при снижении приложенного к электродам напряжения. Повысить эффективность пылеулавливания частиц с высоким удельным электрическим сопротивлением можно путем увеличения поверхностной проводимости частиц. Для этого чаще всего применяют кондиционирование газа - добавляют водяной пар или пропускают газы до их очистки в электрофильтре через мокрые пылеулавливающие аппараты.

Влияние загрязнения системы электродов. Чистота поверхностей коронирующих и осадительных электродов - одно из важнейших условий нормальной эксплуатации электрофильтров. Отложения на коронирующем электроде увеличивают его диаметр. Если образовавшийся слой состоит из хорошо проводящих частиц, при увеличении диаметра необходимо повысить начальное напряжение, подаваемое на электроды для создания коронного разряда. Если же частицы, осевшие на коронирующем электроде, обладают большим электрическим сопротивлением, электрод покрывается изолирующим слоем и коронирование может прекратиться. Эффективный метод борьбы с образованием отложений - встряхивание электродов. Встряхивать электроды следует даже при очистке газов, содержащих хорошо улавливаемые частицы. В противном случае в электрофильтре возникает вторичный унос вследствие образования толстого слоя пыли на электроде и уменьшения сил сцепления между осевшими пылевыми частицами.

Влияние полярности коронного разряда. Питание электрофильтра осуществляется только постоянным током. Подача на коронирующие электроды переменного напряжения нецелесообразна, так как направление движения заряженных частиц пыли будет непрерывно меняться и ухудшится очистка газов.

На коронирующих электродах обычно поддерживают отрицательную полярность. В этом случае коронный разряд более устойчив и пробивное напряжение значительно выше. При одном и том же напряжении, подаваемом на электроды, ток при отрицательной полярности коронирующего электрода выше, чем при положительной. Кроме того, подвижность отрицательных ионов выше. Эффективность улавливания частиц при подаче на коронирующие электроды тока отрицательной полярности составляет 95-98%, тогда как при положительной полярности - лишь 70-80%.

Влияние скорости и равномерного распределения газа в электрофильтре. Время пребывания частицы в электрическом поле электрофильтра должно быть не менее 1-2 сек, чтобы частица приобрела заряд и подошла к осадительному электроду.

При повышении скорости газового потока в электрофильтре может возникнуть вторичный унос частиц с осадительных электродов. В зависимости от свойств пыли, формы осадительных электродов и ряда других условий осевшие частицы могут срываться с поверхности осадительных электродов и уноситься из электрофильтра.

Во избежание вторичного уноса частиц, помимо отмеченного уже снижения скорости газового потока, применяются и специальные меры для снижения скорости потока у поверхности осадительных электродов.

На эффективность работы электрофильтра большое влияние оказывает равномерность распределения газа по поперечному сечению аппарата. Если скорость газов по сечению неравномерна, улучшение очистки в участках с пониженными скоростями не компенсирует, как правило, снижение эффективности осаждения частиц на участках, где скорость газов выше. Для равномерности движения газов по поперечному сечению электрофильтра применяются различные выравнивающие устройства, направляющие лопатки, распределительные решетки и т. п.

5.4 Конструкции электрофильтров

Электрофильтр состоит из корпуса, осадительных и коронирующих электродов, оборудования для встряхивания электродов и удаления уловленной пыли, устройства для равномерного распределения газов по сечению электрофильтров и изоляторных коробок.

Корпус электрофильтра в зависимости от технологических условий выполняется из листовой стали, кирпича, железобетона и других материалов. При необходимости его футеруют и снабжают теплоизоляцией.

Осадительные электроды бывают разнообразных конструкций. В трубчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняют из труб круглого, квадратного или шестиугольного сечения. В прямоугольных электрофильтрах применяют пластинчатые электроды. Осадительные электроды мокрых пластинчатых электрофильтров изготовляют из гладких пластин, электроды пластинчатых сухих электрофильтров бывают: гладкие, коробчатые и желобчатые.

Гладкие электроды изготовляют в виде пластин из листового материала, из прутков, из полос, собранных в специальные рамы, из сеток. Основное их достоинство - хорошо очищаются от осевшей пыли, а основной недостаток - при скорости более 1 м/сек наблюдается вторичный унос пыли с поверхности осадительных электродов.

Коробчатые электроды имеют внутреннюю полость для удаления пыли. Это устраняет вторичный унос пыли, и скорость газов можно повысить до 1,5 м/сек. Основной недостаток этих электрофильтров - сложность изготовления. Кроме того, если наружная поверхность осадительных электродов имеет выступающие части, электрофильтры работают при более низком напряжении и степень очистки газов снижается.

Желобчатые электроды выполняют из волнистой стали или гладких пластин с ребрами жесткости, установленными перпендикулярно плоскости пластин. Более сложной конструкции желобчатые электроды выполняют в виде вертикальных или наклонных желобов различной конфигурации: W-образные, C-образные, Z-образные. Скорость газов в электрофильтрах с желобчатыми осадительными электродами может быть 2 м/сек и более.

Коронирующие электроды бывают без фиксированных разрядных точек или с ними.

В первом случае точки разряда появляются вдоль электрода на расстоянии, зависящем от режима работы электрофильтра и состояния поверхности электрода. По конструкции такие электроды делятся на круглые диаметром 2-4 мм (иногда круглые скручивают в спираль), квадратные со стороной квадрата 3-4 мм (иногда также скручивают в спираль и ребра образуют винтовую линию), звездчатые с разным числом вершин, ленточные (из ленточного или листового металла).

Коронирующие электроды с фиксированными разрядными точками выполняют в виде колючей проволоки; штампованных зубцов, прикрепленных к круглому проводу, ленте, уголкам (так называемые игольчатые электроды).

Коронирующие электроды без фиксированных разрядных точек можно применять с осадительными электродами любой конструкции, а электроды с фиксированными разрядными точками - с осадительными электродами без острых кромок (гладкими, C-образными, Z-образными).

Устройства для удаления с электродов осевшей пыли в зависимости от типа электрофильтра бывают различных конструкций.

В мокрых электрофильтрах для смыва с электродов уловленного продукта жидкость подается брызгалами или форсунками; иногда (если промывка непрерывная) смыв осуществляется вследствие перелива через верхние концы осадительных электродов. Для смыва коронирующих электродов жидкость подается в специально надетую на них воронку.

В сухих электрофильтрах для удаления с электродов уловленного продукта применяют различные механизмы встряхивания: ударно-молотковый, пружинно-кулачковый и пневматический для встряхивания осадительных электродов; магнитно-импульсный - для встряхивания осадительных и коронирующих электродов.

На практике установлено, что электроды целесообразно встряхивать без отключения напряжения и прекращения подачи газов. Силу ударов и периодичность встряхивания определяют отдельно для каждого конкретного случая. Частота встряхивания осадительных электродов должна быть такой, при которой на поверхности электродов успевали бы образоваться агрегаты пыли таких размеров, чтобы они, находясь в газовом потоке, падали в бункер или карманы электродов, а не уносились с этим потоком.

Устройства для вывода уловленного уноса бывают различной конструкции в зависимости от типа электрофильтра.

В мокрых электрофильтрах и в сухих с мокрым дном (на дно подается жидкость для смыва уловленного продукта) для вывода жидкости применяют гидрозатворы, рассчитанные на разность давлений внутри и снаружи электрофильтра.

В сухих электрофильтрах для удаления уноса применяются устройства периодического (шиберные и дисковые затворы) и непрерывного действия (шлюзовые затворы, цепные траспортеры, пневмотранспортеры).

Газораспределительные устройства применяются для равномерного распределения газов по сечению корпуса электрофильтра. В качестве таких устройств применяют: диффузоры, направляющие лопатки, газораспределительные решетки. Их устанавливают на входе в электрофильтр. На выходе газов из электрофильтра чаще всего делают плавный переход (конфузор) от сечения электрофильтра к сечению газохода.

Изоляторные коробки служат для ввода в электрофильтр тока высокого напряжения, для подвески и установки устройства встряхивания системы коронирующих электродов. Эти коробки обычно работают в тяжелых условиях: должны выдерживать значительную механическую нагрузку и повышенную температуру и в то же время должны обладать большим электрическим сопротивлением в рабочих условиях, т. е. при загрязнении пылью или туманом кислот. Поэтому изоляторные коробки выводят из потока газа и защищают от попадания загрязняющих веществ на рабочую поверхность, предусматривают защиту от конденсации влаги и от подсосов холодного воздуха.

Конструкции изоляторных коробок бывают с масляным затвором и с проходными или опорными обогреваемыми кварцевыми изоляторами.

Изоляторные коробки с масляным затвором устанавливают на мокрых электрофильтрах для улавливания, например, тумана серной кислоты.

Изоляторные коробки с опорным обогреваемым кварцевым изолятором устанавливают на электрофильтрах, если температура газов составляет 90-110° С. Во избежание конденсации водяных паров на поверхности изоляторов их обогревают электрическими нагревателями.

Изоляторные коробки с проходными обогреваемыми кварцевыми изоляторами устанавливают на мокрых электрофильтрах для улавливания тумана серной кислоты и селена.

Применяют еще и изоляторные коробки других конструкций, которые подробно описаны в специальной литературе.

5.5 Характеристика электрооборудования электрофильтра

Для питания электрофильтров применяют электроагрегаты, которые устанавливают на преобразовательной подстанции.

Для максимальной эффективности электрофильтра рабочее напряжение необходимо поддерживать очень близким к пробивному - на максимальном уровне. Величина пробивного напряжения, зависящая от количества и влажности очищаемых газов, их запыленности, состояния поверхности электродов и т. д., обычно колеблется в значительных пределах, поэтому в электрофильтре между коронирующими и осадительными электродами часто возникают искровые разряды. Они проходят в течение очень малых промежутков времени и практически не вызывают увеличения тока, потребляемого электрофильтром, т. е. не снижают эффективности улавливания частиц и не опасны. Важно только избежать перехода искрового разряда в дуговой, для чего, в частности, и предназначены электроагрегаты для питания электрофильтров (они ограничивают и гасят электрические дуги, автоматически повторно включают электрофильтры после гашения дуги). Кроме того, электроагрегаты должны включать и отключать электрофильтры с панелей управления на месте и дистанционно, превращать, переменный электрический ток в постоянный, регулировать выходное напряжение на электрофильтры в широких пределах, поддерживать напряжение на электродах возможно более близким к пробивному.

Основные элементы электроагрегата: пульт управления, регулятор напряжения, высоковольтный трансформатор, выпрямитель, высоковольтный выключатель.

Список использованной литературы

1. Основы химической технологии: Учебник для студентов хим.-технол.спец.вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под ред. И.П.

2. Мухленова. - 4-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высш. школа, 1991. - 463 с.: ил.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. Изд. 17-е, испр. -- Л.: «Химия», 1975. - 728 с.:ил.

5. Кузнецов В.В., Усть-Качкинцов В.Ф. Физическая и коллоидная химия. Учеб. пособие для вузов. -- М.: Высш. школа, 1976. - 277 с.: ил.

6. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология: Учебник, 4-е изд.: перераб. и доп. -- М.: Изд-во МГУ, 1994. - 520 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru