В электрическом поле тонкодисперсным частицам сообщается электрический заряд, под действием которого они осаждаются. Разделение пылей, дымов и туманов в электрическом поле имеет значительные преимущества перед другими способами осаждения.
Разделение газовых неоднородных смесей в электрическом поле осуществляется на электродах. Для разделения пылей и дымов применяют сухие фильтры, для разделения туманов — мокрые.
Простейший электрофильтр — это два электрода, один из которых — анод выполнен в виде трубы или пластины, а другой — катод — в виде проволоки, которая натянута внутри трубчатого анода либо между пластинчатыми анодами из проволочной сетки. Аноды заземляют.
При соединении электродов с источником постоянного тока на электродах создается разность потенциалов, равная 4...6кВ/см, обеспечивающая плотность тока 0,05...0,5 мА на 1 м длины катода.
Газовая смесь поступает внутрь трубчатых электродов или между пластинчатыми. Благодаря высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (сгущение силовых линий происходит у электрода с меньшей площадью поверхности — катода) в слое газа у отрицательного электрода — катода образуется поток электронов, направленный к аноду. В результате соударений электронов с нейтральными молекулами газа он ионизируется. Такая ионизация называется ударной. Признак! ионизации газа — образование «короны» у катода, поэтому его называют коронирующим электродом. В результате ионизации образуются положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы собираются около катода, а отрицательные с большой скоростью движутся к аноду, заряжая взвешенные в газе частицы и увлекая их с собой. Частицы пыли или тумана оседают на аноде, покрывая его слоем осадка.
Скорость электроосаждения колеблется от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров в секунду. Она зависит от размера взвешенных частиц и гидродинамического сопротивления газовой среды.
Скорость электроосаждения может увеличиваться под влиянием «электрического ветра», возникающего в результате передачи импульса движущихся ионов газа газовой среде и взвешенным частицам.
При определении скорости частиц в электрическом поле предполагается ламинарный режим.
Продолжительность осаждения частицы
(8)
Градиент потенциала электрического поля Ех зависит от расстояния до катода х, следуя сложной зависимости, поэтому время осаждения частицы приходится определять методом графического интегрирования уравнения (8).
Трубчатый сухой электрофильтр показан на рис.13. Пыль или дым поступают в нижнюю часть фильтра под решетку 6, в которой закреплены электроды, и распределяются по трубчатым электродам — анодам. Внутри трубчатых электродов расположены коронирующие электроды — катоды. Электроды закреплены на общей раме, опирающейся на изоляторы. Под действием электрического поля происходит электроосаждение взвешенных в газе частиц. Осевшие на аноде частицы периодически стряхиваются ударным приспособлением и собираются в конической нижней части фильтра. Осадок из фильтра удаляется с помощью выгружного устройства, а очищенный газ выходит из верхней части фильтра.
1- встряхивающее устройство; 2- изолятор; 3-рама; 4-коронирующий электрод; 5-трубчатый электрод-анод; 6- решетка; 7-сборник для пыли.
Разработаны секционные электрофильтры, в которых газ проходит через ряд последовательно соединенных секций.
В электрофильтре с пластинчатыми электродамианодами служат пластины, а коронирующими электродами (катодами) — проволока, натянутая между пластинами.
Степень очистки газа в электрофильтрах зависит от электропроводимости пыли: если взвешенные частицы хорошо проводят ток, то частица моментально отдает заряд и приобретает заряд электрода. В этом случае возникает кулоновая сила отталкивания, что приводит к уносу частиц с газом из фильтра и снижает степень очистки. При плохой проводимости тока на электроде образуется плотный слой отрицательно заряженных частиц, который противодействует основному электрическому полю.
При высокой концентрации взвешенных частиц в газе степень его очистки тоже снижается из-за осаждения ионов на частицах, что приводит к уменьшению количества перенесенных зарядов и, следовательно, силы тока.
Для уменьшения концентрации частиц в газе перед электрофильтрами устанавливают дополнительные газовые фильтры.
Расчет электрофильтров заключается в определении длины коронирующих электродов при известных сечении фильтра и числе электродов.
Значение тока в электрофильтре І=iL, где i- плотность тока; L- длина коронирующих электродов.
По выражению Ек=31+9,54(где δ-отношение плотности воздуха при данных условиях к его плотности при 25ºС и давлении 0,1 МПа; r-радиус коронирующего электрода) находят критический градиент потенциала, а зная расстояние между электродами, определяют разность потенциалов на электродах.