Физические основы электрической очистки газов
Электрическая очистка газов – это способ очистки газов, который основан на его ионизации при помощи специального оборудования.
Процесс электрической очистки газов основан на ионизации его молекул электрическим разрядом. Если газ поместить в электрическое поле, которое образовано двумя электродами, и к ним подведен постоянный электрический ток высокого напряжения, молекулы газа ионизируются - расщепляются на положительно заряженные ионы и электроны. Они начинают перемещаться по направлению силовых линий. Направление вектора скорости заряженных частиц определяется их знаком, а скорость перемещения и кинетическая энергия – напряженностью электрического поля. В случае повышения разности потенциалов между электродами до десятков тысяч вольт кинетическая энергия ионов и электронов увеличивается до такой степени, что во время своего движения, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, будут их расщеплять на свободные электроны и положительные ионы. Новые образовавшиеся заряды тоже ионизируют газ при своем движении. Образование происходит лавинообразно и газ полностью ионизируется – происходит ударная ионизация. С последующим увеличением напряженности электрического поля возможен проскок искр, электрический пробой и короткое замыкание. Для того, чтобы избежать этого создается неоднородное электрическое поле посредством устройства электродов в виде проволоки, которая натягивается по оси трубы или проволокой, которая натягивается параллельными пластинами. В этих случаях густота силовых линий - напряженность электрического поля наиболее высока у провода и постепенно уменьшается с приближением к пластине или трубе. При напряженности электрического поля, которой достаточно для полной ионизации, между электродами возникает коронный разряд, сопровождающийся голубовато-фиолетовым свечением, характерным потрескиванием и образованием короны вокруг каждого провода. Провод, вокруг которого образуется коронный разряд, называется коронирующим, а противоположно заряженный называется осадительным. Коронирующие провода присоединяются к отрицательному полюсу источника электрического тока, а осадительные к положительному.
Когда возникает корона, происходит образование ионов знаков и свободных электронов. Из-за действия электрического поля положительные ионы двигаются к коронирующему электроду, где нейтрализуются, а отрицательные ионы и свободные электроны двигаются к осадительному. Соприкасаясь со встречными пылинками и капельками в газе, последним они сообщают электрический заряд и увлекают к осадительному электроду. В результате этого частицы тумана или пыли оседают на электроде. Большая часть взвешенных частиц пыли или тумана приобретают отрицательный заряд, потому что более подвижные отрицательные ионы и электроны больший путь из области короны, чем положительные ионы. Таким образом больше вероятность их столкновения со взвешенными частицами в газе.
Степень очистки газа в электрическом фильтре существенно зависит от проводимости пыли. Если ее частицы хорошо проводят ток, а силы сцепления невелики, то заряд отдается мгновенно, а частица получает заряд электрода. Появляется кулоновская сила отталкивания, частицы снова могут попасть в поток газа. Это явление причина увеличения уноса пыли из фильтра и снижения степени очистки. В том случае, когда пыль плохо проводит электрический ток, она прижимается силой поля к электроду, в результате образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, отталкивающий приближающиеся частицы такого же знака, то есть противодействует основному электрическому полю. Напряжение в порах осевшей пыли может превысить критическое значение и стать причиной коронирования газа у осадительного электрода, что снижает эффективность очистки.
Электрические фильтры для очистки газа
Электрический фильтр – это аппарат, который предназначен для удаления из промышленных газов капельной жидкости и взвешенных частиц пыли посредством ионизации взвеси при прохождении газа через область коронного разряда и последующего осаждения на электродах.
Пример схемы электрической установки для очистки газа представлен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема электрической установки для очистки газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - регулятор напряжения; 2 - повысительный трансформатор; 3 - высоковольтный выпрямитель; 4 - коронирующий электрод; 5 - осадительный электрод; 6 - электрофильтр.
Как правило, установка для электрической очистки газа состоит из электрического фильтра и преобразовательной подстанции с соответствующей аппаратурой. Для питания установки выпрямленным электрическим током высокого напряжения используются электрические агрегаты, которые состоят из регулятора напряжения, трансформатора, который увеличивает напряжение переменного тока до 100 киловольт, и высоковольтного выпрямителя. После выпрямителя ток подводится к электродам электрического фильтра. В большинстве случаев корпус фильтра имеет цилиндрическую или прямоугольную форму, изготавливается материалов стойких к химическому и механическому воздействию очищаемой среды.
