Làm sạch khí điện - cơ sở vật lý của hoạt động lọc bụi tĩnh điện

Nếu bạn cho một chất khí bụi đi qua vùng tác dụng của điện trường mạnh, thì về mặt lý thuyết các hạt bụi thu được điện tích và sẽ bắt đầu tăng tốc, di chuyển dọc theo các đường sức của điện trường tới các điện cực, sau đó là sự lắng đọng trên chúng.

Tuy nhiên, trong điều kiện của điện trường đều, sẽ không thể có được quá trình ion hóa va chạm với việc tạo ra các ion khối lượng, vì trong trường hợp này, sự phá hủy khoảng cách giữa các điện cực chắc chắn sẽ xảy ra.

Nhưng nếu điện trường không đồng nhất, thì sự ion hóa tác động sẽ không dẫn đến sự phá vỡ khe hở. Điều này có thể đạt được, ví dụ, bằng cách áp dụng tụ điện hình trụ rỗng, gần điện cực trung tâm, trên đó ứng suất điện trường E sẽ lớn hơn nhiều so với gần điện cực hình trụ bên ngoài.

Ở gần điện cực trung tâm, cường độ điện trường sẽ cực đại, khi di chuyển ra xa điện cực bên ngoài, cường độ E đầu tiên sẽ giảm nhanh và đáng kể, sau đó tiếp tục giảm nhưng chậm hơn.

Bằng cách tăng điện áp đặt vào các điện cực, trước tiên chúng ta thu được dòng điện bão hòa không đổi và bằng cách tăng thêm điện áp, chúng ta sẽ có thể quan sát thấy sự gia tăng cường độ điện trường ở điện cực trung tâm đến giá trị tới hạn và bắt đầu sốc ion hóa gần nó.

Khi điện áp được tăng thêm, quá trình ion hóa tác động sẽ lan rộng trên một diện tích ngày càng lớn trong xi lanh và dòng điện trong khe hở giữa các điện cực sẽ tăng lên.

Kết quả là, sự phóng điện corona sẽ xảy ra, do đó tạo ion sẽ đủ để tích điện cho các hạt bụi, mặc dù việc phá vỡ khoảng cách cuối cùng sẽ không bao giờ xảy ra.

Để thu được sự phóng điện corona để tích điện cho các hạt bụi trong khí, không chỉ tụ điện hình trụ là phù hợp mà còn có cấu hình khác của các điện cực có thể cung cấp điện trường không đồng nhất giữa chúng.

Ví dụ, phổ biến bộ lọc điện, trong đó một điện trường không đồng nhất được tạo ra bằng cách sử dụng một loạt các điện cực phóng điện được gắn giữa các tấm song song.

Việc xác định ứng suất tới hạn và ứng suất tới hạn mà corona xảy ra được thực hiện do các phụ thuộc phân tích tương ứng.

Trong một điện trường không đồng nhất, hai vùng có mức độ không đồng nhất khác nhau được hình thành giữa các điện cực. Vùng corona thúc đẩy việc tạo ra các ion trái dấu và các electron tự do gần điện cực mỏng.

Các electron tự do, cùng với các ion âm, lao tới điện cực dương bên ngoài, nơi chúng mang điện tích âm cho nó.

Nhật hoa ở đây được phân biệt bởi một thể tích đáng kể và khoảng trống chính giữa các điện cực chứa đầy các electron tự do và các ion tích điện âm.

Trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống, khí cần khử bụi được dẫn qua các ống thẳng đứng có đường kính từ 20 đến 30 cm, với các điện cực 2 - 4 mm được kéo dọc theo trục trung tâm của các ống. Ống là một điện cực thu thập, vì bụi bị mắc kẹt lắng xuống bề mặt bên trong của nó.

Bộ lọc bụi dạng tấm có một hàng điện cực phóng điện ở giữa các tấm và bụi sẽ lắng xuống trên các tấm. Khi khí bụi đi qua bộ lọc bụi như vậy, các ion được hấp thụ trên các hạt bụi và do đó các hạt này nhanh chóng được tích điện. Trong quá trình sạc, các hạt bụi được tăng tốc khi chúng di chuyển về phía điện cực thu.

Các yếu tố quyết định vận tốc chuyển động của bụi ở vùng ngoài xả corona là sự tương tác của điện trường với điện tích hạt và lực gió khí động học.

Lực làm cho các hạt bụi di chuyển về phía điện cực thu— Lực Culông tương tác giữa điện tích của các hạt với điện trường của các điện cực… Khi hạt di chuyển về phía điện cực thu, lực coulomb hoạt động được cân bằng bởi lực kéo đầu. Vận tốc trôi của một hạt đến điện cực thu có thể được tính bằng cách cân bằng hai lực này.

Chất lượng lắng đọng hạt trên điện cực bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: kích thước hạt, tốc độ, độ dẫn điện, độ ẩm, nhiệt độ, chất lượng bề mặt điện cực, v.v.Nhưng điều quan trọng nhất là điện trở của bụi. Lớn nhất sức chống cự bụi được chia thành các nhóm:

Bụi có điện trở riêng nhỏ hơn 104 Ohm * cm

Khi một hạt như vậy tiếp xúc với điện cực thu tích điện dương, nó ngay lập tức mất điện tích âm, ngay lập tức thu được điện tích dương trên điện cực. Trong trường hợp này, hạt có thể dễ dàng bị cuốn ra khỏi điện cực ngay lập tức và hiệu quả làm sạch sẽ giảm xuống.

Bụi có điện trở riêng từ 104 đến 1010 Ohm * cm.

Bụi như vậy lắng tốt trên điện cực, dễ dàng rũ bỏ khỏi đường ống, bộ lọc hoạt động rất hiệu quả.

Bụi có điện trở cụ thể lớn hơn 1010 Ohm * cm.

Máy lọc bụi tĩnh điện không dễ dàng thu được bụi. Các hạt kết tủa bị đẩy ra rất chậm, lớp hạt tích điện âm trên điện cực trở nên dày hơn. Lớp tích điện ngăn chặn sự lắng đọng của các hạt mới đến. Hiệu quả làm sạch giảm.

Bụi có điện trở cao nhất - magnesit, thạch cao, oxit chì, kẽm, v.v. Nhiệt độ càng cao, điện trở của bụi càng tăng mạnh trước tiên (do hơi ẩm bay hơi), sau đó điện trở giảm xuống. Bằng cách làm ẩm khí và thêm vào đó một số thuốc thử (hoặc các hạt bồ hóng, than cốc), bạn có thể giảm khả năng chống bụi.

Khi đi vào bộ lọc, một số bụi có thể được khí hút và mang đi một lần nữa, điều này phụ thuộc vào vận tốc khí và đường kính của điện cực thu. Có thể giảm thiểu sự cuốn theo thứ cấp bằng cách rửa sạch ngay lớp bụi đã bám bằng nước.

Đặc tính điện áp hiện tại của bộ lọc được quyết định bởi một số yếu tố công nghệ.Nhiệt độ càng cao, dòng corona càng cao; tuy nhiên, điện áp hoạt động ổn định của bộ lọc giảm do điện áp đánh thủng giảm. Độ ẩm cao hơn có nghĩa là dòng corona thấp hơn. Vận tốc khí cao hơn có nghĩa là dòng điện thấp hơn.

Khí càng sạch — dòng corona càng cao, khí càng bụi — dòng corona càng thấp. Điểm mấu chốt là các ion di chuyển nhanh hơn 1000 lần so với bụi, vì vậy khi các hạt được tích điện, dòng điện corona giảm và càng có nhiều bụi trong bộ lọc, dòng điện corona càng thấp.

Đối với điều kiện cực kỳ bụi (Z1 25 đến 35 g/m23), dòng corona có thể giảm xuống gần như bằng không và bộ lọc sẽ ngừng hoạt động. Điều này được gọi là khóa vương miện.

Vành nhật hoa bị khóa dẫn đến thiếu ion để cung cấp đủ điện tích cho các hạt bụi. Mặc dù núm vặn hiếm khi khóa hoàn toàn nhưng bộ lọc bụi tĩnh điện không hoạt động tốt trong môi trường nhiều bụi.

Trong luyện kim, bộ lọc điện dạng tấm thường được sử dụng nhất, đặc trưng bởi hiệu quả cao, loại bỏ tới 99,9% bụi với mức tiêu thụ năng lượng thấp.

Khi tính toán bộ lọc điện, hiệu suất, hiệu quả hoạt động, mức tiêu thụ năng lượng để tạo ra corona, cũng như dòng điện của các điện cực được tính toán. Hiệu suất của bộ lọc được tìm thấy theo khu vực của phần hoạt động của nó:

Biết diện tích của phần hoạt động của bộ lọc điện, một thiết kế bộ lọc thích hợp được chọn bằng cách sử dụng các bảng đặc biệt. Để tìm hiệu quả của bộ lọc, hãy sử dụng công thức:

Nếu kích thước của các hạt bụi tương xứng với đường đi tự do trung bình của các phân tử khí (khoảng 10-7m) thì tốc độ lệch của chúng có thể tìm được theo công thức:

Vận tốc trôi của các hạt aerosol lớn được tìm thấy theo công thức:

Hiệu quả của bộ lọc đối với từng phần bụi được tạo ra riêng biệt, sau đó hiệu suất tổng thể của bộ lọc bụi tĩnh điện được thiết lập:

Cường độ hoạt động của điện trường trong bộ lọc phụ thuộc vào cấu tạo của nó, khoảng cách giữa các điện cực, bán kính của các điện cực corona và độ linh động của các ion. Dải điện áp hoạt động thông thường cho bộ lọc điện là từ 15 * 104 đến 30 * 104 V / m.

Tổn thất do ma sát thường không được tính toán mà chỉ đơn giản được giả định là 200 Pa. Năng lượng tiêu thụ để tạo ra vành nhật hoa được tính theo công thức:

Dòng điện khi thu gom bụi luyện kim được thiết lập như sau:

Khoảng cách giữa các điện cực của bộ lọc điện phụ thuộc vào cấu trúc của nó. Chiều dài của các điện cực thu gom được chọn tùy thuộc vào mức độ thu gom bụi cần thiết.

Máy lọc bụi tĩnh điện thường không được sử dụng để thu bụi từ chất điện môi sạch và dây dẫn sạch. Vấn đề là các hạt dẫn điện cao dễ dàng tích điện, nhưng chúng cũng nhanh chóng bị đẩy ra ở điện cực thu và do đó ngay lập tức bị loại khỏi dòng khí.

Các hạt điện môi lắng đọng trên điện cực thu, làm giảm điện tích của nó và dẫn đến sự hình thành corona ngược, khiến bộ lọc không hoạt động bình thường. Hàm lượng bụi hoạt động bình thường đối với thiết bị lọc bụi tĩnh điện là dưới 60 g / m23 và nhiệt độ tối đa mà thiết bị lọc bụi tĩnh điện được sử dụng là +400 ° C.

Xem thêm về chủ đề này:

Bộ lọc tĩnh điện - thiết bị, nguyên lý hoạt động, lĩnh vực ứng dụng