Limpeza de gás elétrico - a base física da operação de precipitadores eletrostáticos

Se você passar um gás empoeirado pela zona de ação de um forte campo elétrico, teoricamente as partículas de poeira adquirir uma carga elétrica e começará a acelerar, movendo-se ao longo das linhas de força do campo elétrico até os eletrodos, seguido de deposição sobre eles.

Porém, nas condições de campo elétrico uniforme, não será possível obter ionização por impacto com geração de íons de massa, pois neste caso certamente ocorrerá a destruição do vão entre os eletrodos.

Mas se o campo elétrico não for homogêneo, a ionização por impacto não levará à quebra do gap. Isso pode ser alcançado, por exemplo, aplicando capacitor cilíndrico oco, próximo ao eletrodo central, no qual a tensão do campo elétrico E será muito maior do que próximo ao eletrodo cilíndrico externo.

Perto do eletrodo central, a força do campo elétrico será máxima, enquanto se afasta dele para o eletrodo externo, a força E primeiro diminuirá rápida e significativamente e depois continuará a diminuir, mas mais lentamente.

Aumentando a tensão aplicada aos eletrodos, primeiro obtemos uma corrente de saturação constante e, aumentando ainda mais a tensão, poderemos observar um aumento na intensidade do campo elétrico no eletrodo central para um valor crítico e o início do choque ionização perto dele.

À medida que a tensão aumenta ainda mais, a ionização de impacto se espalhará por uma área cada vez maior no cilindro e a corrente no espaço entre os eletrodos aumentará.

Como resultado, ocorrerá uma descarga corona, portanto geração de íons será suficiente para carregar as partículas de poeira, embora a quebra final da lacuna nunca aconteça.

Para obter uma descarga corona para carregar partículas de poeira em um gás, não apenas um capacitor cilíndrico é adequado, mas também uma configuração diferente de eletrodos que podem fornecer um campo elétrico não homogêneo entre eles.

Por exemplo, generalizado eletrofiltros, em que um campo elétrico não homogêneo é produzido usando uma série de eletrodos de descarga montados entre placas paralelas.

A determinação da tensão crítica e da tensão crítica na qual ocorre a coroa é feita devido às dependências analíticas correspondentes.

Em um campo elétrico não homogêneo, duas regiões com diferentes graus de não homogeneidade são formadas entre os eletrodos. A região da coroa promove a geração de íons de sinais opostos e elétrons livres próximos ao eletrodo fino.

Os elétrons livres, juntamente com os íons negativos, correm para o eletrodo externo positivo, onde lhe dão sua carga negativa.

A coroa aqui se distingue por um volume significativo, e o espaço principal entre os eletrodos é preenchido com elétrons livres e íons carregados negativamente.

Nos precipitadores eletrostáticos tubulares, o gás a ser despoeirado passa por tubos verticais de 20 a 30 cm de diâmetro, com eletrodos de 2 a 4 mm esticados ao longo dos eixos centrais dos tubos. O tubo é um eletrodo coletor, pois a poeira presa se deposita em sua superfície interna.

Um precipitador de placas tem uma fileira de eletrodos de descarga centralizados entre as placas e a poeira se deposita nas placas. Durante o carregamento, as partículas de poeira são aceleradas à medida que se movem em direção ao eletrodo coletor.

Determinantes da velocidade do movimento da poeira na zona externa descarga corona são a interação do campo elétrico com a carga da partícula e a força aerodinâmica do vento.

A força que faz com que as partículas de poeira se movam em direção ao eletrodo coletor— Força Coulomb de interação da carga das partículas com o campo elétrico dos eletrodos… À medida que a partícula se move em direção ao eletrodo coletor, a força de coulomb ativa é equilibrada pela força de arrasto da cabeça. A velocidade de deriva de uma partícula para o eletrodo coletor pode ser calculada igualando essas duas forças.

A qualidade da deposição de partículas no eletrodo é afetada por fatores como: tamanho das partículas, sua velocidade, condutividade, umidade, temperatura, qualidade da superfície do eletrodo, etc.Mas o mais importante é a resistência elétrica do pó. O maior resistência a poeira é dividida em grupos:

Poeira com resistência elétrica específica inferior a 104 Ohm * cm

Quando tal partícula entra em contato com um eletrodo coletor carregado positivamente, ela imediatamente perde sua carga negativa, adquirindo instantaneamente uma carga positiva no eletrodo. Nesse caso, a partícula pode ser facilmente transportada imediatamente para fora do eletrodo e a eficiência da limpeza diminuirá.

Poeira com resistência elétrica específica de 104 a 1010 Ohm * cm.

Essa poeira se deposita bem no eletrodo, é facilmente sacudida para fora do tubo, o filtro funciona com muita eficiência.

Poeira com resistência elétrica específica superior a 1010 Ohm * cm.

A poeira não é facilmente capturada pelo precipitador eletrostático. As partículas precipitadas são ejetadas muito lentamente, a camada de partículas carregadas negativamente no eletrodo torna-se mais espessa. A camada carregada impede a deposição de partículas recém-chegadas. A eficiência da limpeza diminui.

Poeira com a maior resistência elétrica — magnesita, gesso, óxidos de chumbo, zinco, etc. Quanto mais alta a temperatura, mais intensamente a resistência da poeira aumenta primeiro (devido à evaporação da umidade) e depois a resistência cai. Ao umedecer o gás e adicionar alguns reagentes (ou partículas de fuligem, coque), você pode reduzir a resistência do pó.

Ao entrar no filtro, parte do pó pode ser captado pelo gás e levado novamente, isso depende da velocidade do gás e do diâmetro do eletrodo coletor. O arrastamento secundário pode ser reduzido enxaguando imediatamente o pó já retido com água.

Característica corrente-tensão do filtro é determinada por alguns fatores tecnológicos.Quanto maior a temperatura, maior a corrente corona; no entanto, a tensão operacional estável do filtro diminui devido a uma diminuição na tensão de ruptura. Maior umidade significa menor corrente corona. Maior velocidade do gás significa menor corrente.

Quanto mais limpo o gás - quanto maior a corrente de corona, mais empoeirado o gás - menor a corrente de corona. O ponto principal é que os íons se movem mais de 1000 vezes mais rápido que a poeira, portanto, quando as partículas são carregadas, a corrente de corona diminui e quanto mais poeira houver no filtro, menor será a corrente de corona.

Para condições extremamente poeirentas (Z1 25 a 35 g / m23), a corrente corona pode cair para quase zero e o filtro para de funcionar. Isso é chamado de bloqueio da coroa.

Uma coroa bloqueada resulta em falta de íons para fornecer carga suficiente às partículas de poeira. Embora a coroa raramente trave completamente, o precipitador eletrostático não funciona bem em ambientes empoeirados.

Na metalurgia, os eletrofiltros de placas são os mais utilizados, caracterizados pela alta eficiência, removendo até 99,9% da poeira com baixo consumo de energia.

Ao calcular um eletrofiltro, são calculados seu desempenho, eficiência de operação, consumo de energia para criar uma coroa, bem como a corrente dos eletrodos. O desempenho do filtro é encontrado pela área de sua seção ativa:

Conhecendo a área da seção ativa do eletrofiltro, um projeto de filtro apropriado é selecionado usando tabelas especiais. Para encontrar a eficiência do filtro, use a fórmula:

Se o tamanho das partículas de poeira for compatível com o caminho livre médio das moléculas de gás (cerca de 10-7m), então a velocidade de seu desvio pode ser encontrada pela fórmula:

A velocidade de deriva de grandes partículas de aerossol é encontrada pela fórmula:

A eficiência do filtro para cada fração de poeira é produzida separadamente, após o que a eficiência geral do precipitador eletrostático é estabelecida:

A intensidade de operação do campo elétrico no filtro depende de sua construção, da distância entre os eletrodos, do raio dos eletrodos corona e da mobilidade dos íons. A faixa de tensão operacional usual para um eletrofiltro é de 15 * 104 a 30 * 104 V / m.

As perdas por atrito geralmente não são calculadas, mas simplesmente consideradas como 200 Pa. O consumo de energia para criar uma coroa é encontrado pela fórmula:

A corrente ao coletar pó metalúrgico é estabelecida da seguinte forma:

A distância entre eletrodos do eletrofiltro depende de sua construção. O comprimento dos eletrodos coletores é escolhido dependendo do grau de coleta de pó necessário.

Os precipitadores eletrostáticos geralmente não são usados ​​para capturar poeira de dielétricos limpos e condutores limpos. O problema é que as partículas altamente condutoras são facilmente carregadas, mas também são rapidamente ejetadas no eletrodo coletor e, portanto, são imediatamente removidas do fluxo de gás.

Partículas dielétricas se depositam no eletrodo coletor, reduzem sua carga e levam à formação de corona reversa, que impede o bom funcionamento do filtro. O teor de poeira operacional normal para o precipitador eletrostático é inferior a 60 g / m23, e a temperatura máxima na qual os precipitadores eletrostáticos são usados ​​é de +400 ° C.

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Filtros eletrostáticos — dispositivo, princípio de operação, áreas de aplicação