» » Влияние пыли на работу электрофильтра
03.06.2015

До сих пор мы рассматривали работу чистого электрофильтра без учета влияния пыли на протекающие в нем процессы. Между тем физико-химические свойства аэрозоля и особенно слоя пыли, севшего на электродах, весьма существенно влияют на работу электрофильтра.
Все частицы пыли или тумана, входящие в электрофильтр, движутся вместе с газовым потоком, увлекаются в беспорядочное движение электрическим ветром и, заряжаясь, получают под влиянием поля направленное движение к осадительным электродам. Ничтожное количество пыли или тумана, попавшее в область короны, частично оседает на коронирующем электроде. Подойдя к осадительному электроду, частицы отдают ему свои заряды.
Если твердая частица хорошо проводит ток и контактное сопротивление (т. е. сопротивление прохождению тока в месте контакта частиц с электродом и между собой) невелико, то заряд частицы отдается ею электроду мгновенно. Частица получает заряд электрода, может оттолкнуться от него и вернуться обратно в газовый поток. Затем в результате наличия ионов частица снова получает заряд, вновь подходит к осадительному электроду, перезаряжается, возвращается в газовый поток и может быть унесена из электрофильтра. Если частица жидкая и хорошо смачивает осадительный электрод, то она может прилипнуть и не попадет обратно в газовый поток.
Рассмотрим другой предельный случай. При подходе к осадительному электроду полностью непроводящей пыли картина будет совершенно иной, в этом случае заряды относительно прочно удерживаются в тех точках поверхности электрода или слоя пыли, на которых они осели. Новые ионы и заряженные частицы, оседающие на первый слой, еще больше уплотняют его, поджимая к осадительному электроду. По мере увеличения толщины слоя в нем накапливаются большие отрицательные заряды, которые отталкивают вновь подходящие частицы, заряженные также отрицательно. Иначе говоря, заряженный слой пыли, осевший на электродах, противодействует основному полю. В результате, если пыль абсолютно непроводяща, то дальнейшее осаждение ее прекратится.
Оба приведенных случая являются крайними. На самом деле не существует такой пыли, у которой контактное сопротивление равнялось бы нулю; еще труднее представить себе полностью непроводящую пыль. Поэтому практически очистка не сводится к нулю, но иногда резко ухудшается.
Бороться с вредным влиянием заряженного слоя пыли на осадительном электроде можно, меняя проводимость слоя и соответственно скорость отдачи заряда.
Влияние пыли на работу электрофильтра

Влияние непроводящего слоя пыли, осевшего на поверхности осадительного электрода, на вольтамперную характеристику электрофильтра различно и зависит от плотности и структуры слоя. На поверхности слоя пыли, обращенной к коронирующему электроду, потенциал тем выше, чем толще слой и чем меньше проводимость пыли. При хорошо проводящей пыли потенциал по отношению к поверхности осадительного электрода равен нулю. Плотные, непроводящие слои сдвигают вольтамперную характеристику вниз, т. е. при одном и том же напряжении величина тока уменьшается при наличии такого слоя.
В реальном электрофильтре подавляющее большинство пылей часто оказывает иное влияние, сдвигая вольтамперную характеристику вверх, т. е. при одном и том же напряжении величина тока становится выше при запыленных электродах. Объясняется это тем, что слой непроводящей пыли на осадительном электроде вызывает появление так называемой «обратной короны». Так как слой пыли всегда порист и диэлектрическая постоянная пыли значительно выше диэлектрической постоянной газа в порах, то в них сгущаются силовые линии (рис. 14), напряженность поля становится больше критической и газ в порах начинает коронировать. Такая корона уже положительна, и из нее в объем электрофильтра выбрасываются в большом количестве положительные ионы, которые движутся навстречу отрицательно заряженным частицам пыли и газовым ионам и, нейтрализуя их, ухудшают улавливание. Одновременно растет величина тока и вследствие того, что коронное напряжение положительной короны значительно ниже, чем отрицательной, понижается пробойное напряжение. Это явление резко ухудшает эффективность улавливания.
Таким образом, увеличение тока не всегда ведет к улучшению очистки и надо тщательно учитывать, вследствие чего увеличивалась величина тока: в результате ли повышения приложенной разности потенциалов, изменения температуры или влажности газов или появления обратной короны.
Все пыли могут быть разделены на три группы;
I — с сопротивлением слоя пыли до 10в3 или 10в4 ом*см;
II — с сопротивлением, лежащим между 10в3 или 10в4 и до 10в10 ом*см;
III — с сопротивлением выше 10в10 ом*см.
Пыли первой группы вообще не могут быть уловлены в сухих электрофильтрах без принятия мер, снижающих проводимость, или улавливаются с трудом; пыли второй группы хорошо улавливаются; пыли третьей группы плохо улавливаются, но часто улавливание может быть улучшено искусственным увеличением проводимости слоя.
Проще всего влиять на проводимость слоя, изменяя его влажность. Даже небольшое повышение влажности пыли в ряде случаев резко увеличивает проводимость слоя. Сравнительно простой метод увлажнения пыли основан на свойствах заряженных частиц адсорбировать да своей поверхности молекулы паров водяного пара при температуре таза, несколько превышающей температуру точки росы (т. е. ту температуру газа, при которой начинают конденсироваться содержащиеся в нем пары воды). Поэтому в горячем газе до его поступления в электрофильтр вода мелко распыляется форсунками под большим давлением. Температура газа понижается и его влажность увеличивается. Увлажнение, обычно производится в специальных увлажнительных башнях. Понятно, что температура газа в электрофильтре и во всем последующем газовом тракте не должна быть снижена ниже точки росы во избежание залипания электродов и стенок газоходов грязью, что сделает невозможным дальнейшее улавливание и вызовет коррозию аппаратуры.
При увлажнении газов, из которых улавливается хорошо проводящая угольная пыль (после мельниц и сушилок угля), контактное сопротивление частиц, наоборот, увеличивается и улавливание улучшается. Следовательно, в зависимости от проводимости слоя пыли характер влияния влажности будет различен.
Если в газе содержится серный ангидрид, как при окислительном обжиге сульфидных руд и концентратов, то проводимость слоя пыли увеличивается за счет адсорбции SO3. При этом нет надобности вводить воду. Однако если в газе имеется много окислов металлов (в виде пыли), которые могут реагировать с SO3, то количество его бывает недостаточным для сообщения пыли надлежащей проводимости.
Влияние пыли на работу электрофильтра

На рис. 15 показана зависимость удельного сопротивления слоя пыли шахтной печи Чимкентского свинцового завода от температуры при влажности газа 5% по работе Плотинского в Гинцветмете (кривая 2) и по работам Спрулл и Накада (кривая 1). При изменении влажности кривые также сдвинутся.
На рис. 16 приведены зависимости удельного сопротивления слои пыли от влажности газа и пробивного напряжения от удельного сопротивления слоя пыли и влажности газа для пыли Чимкентского завода при различных толщинах слоев.
Влияние пыли на работу электрофильтра

Часть пыли, попавшей в область короны, оседает на коронирующем проводе. Хотя этой пыли немного, но поскольку и поверхность провода невелика, на нем могут образоваться значительные отложения («колбасы»), Если пыль обладает малым электрическим сопротивлением, то ее осаждение эквивалентно увеличению радиуса коронирующего провода. При этом повышается начальное напряжение, при котором наступает коронирование Uк и соответственно падает скорость движения частиц [уравнения (15 и 16)]. Повысить приложенную разность потенциалов, чтобы достигнуть Uк, не всегда возможно, так как обычно, работая и при чистых коронирующих электродах, значение U поддерживают достаточно близким к пробойной величине.
Если пыль обладает большим электрическим сопротивлением, то провод покрывается изолирующим слоем, и коронирование прекращается.
Таким образом, при эксплуатации электрофильтра необходимо тщательно следить за чистотой электродов, а при конструировании — предусматривать возможность их легкой очистки.
Следует отметить, что механизм удержания пыли на электроде еще недостаточно изучен. Помимо указанных выше причин, влияют форма частиц пыли и особенно ее размеры, а также состояние поверхности. Чем дисперснее пыль, тем сильнее она прилипает к электродам и тем труднее ее удалить с них.
Сравнивая силы сцепления частиц под влиянием заряда
Влияние пыли на работу электрофильтра

Наряду с этим, частицы углерода, например, с размерами, превышающими 80 мк, также не могут удержаться на осадительном электроде. Поэтому при одном и том же содержании углерода степень улавливания пыли будет высока, если углерод сильно дисперсен, и мала, если его частицы относительно крупны.
Во всех случаях улавливания пыли в сухих электрофильтрах необходимо обращать серьезное внимание на поддержание максимальной чистоты электродов, что является трудной задачей. Для этого непрерывно или периодически электроды механически отряхиваются от осевшей пыли. В последнее время с успехом начали применять электровибрационный и электроударный методы отряхивания.
В тех случаях, когда увеличением влажности газа нельзя добиться повышения проводимости и улучшения улавливания, необходимо устанавливать мокрые электрофильтры или применить другие методы улавливания — рукавные фильтры, скоростные турбулентные пылеуловители и т. п.
В мокрых электрофильтрах газ до поступления в электрическое поле проходит через безнасадочные или насаженные промывные башни, которые часто объединяются с электрофильтрами в один агрегат. При этом температура газа в них доводится до температуры мокрого термометра или ниже в результате циркуляции орошающей жидкости при необходимости снижения влагосодержания газа орошающая жидкость охлаждается в холодильниках или градирнях.
В мокрых электрофильтрах слой осевшей пыли влажен и проводимость его высока.
При этом электроды очищают непрерывно или периодически промывая их. При непрерывной промывке осадительного электрода пыль садится ка водную пленку, и вредное влияние слоя пыли ликвидируется полностью. При достаточных размерах мокрых электрофильтров можно достичь очень высокой конечной чистоты газа.
При улавливании пыли, имеющей сопротивление менее 10в4 ом*см, целесообразно применять сухие электрофильтры с карманными осадительными электродами, эти электроды изготовляются из двух параллельных пластин с промежутком 20—30 мм. В пластинах имеются отштампованные карманы — прорези. Пыль, отдавшая заряд, катится по электроду и, удерживаемая карманом, попадает во внутреннюю полость, откуда сваливается в отводной желоб, минуя газовый поток. Однако при липких пылях в этом случае увеличивается опасность появления обратной короны с краев отштампованных карманов, понижения пробойного напряжения и соответственно ухудшения улавливания.
Влияние пыли на работу электрофильтра

В последнее время для плохопроводящих пылей за рубежом стали применяться желобчатые осадительные электроды (рис. 17). Их действие состоит в том, что отрицательно заряженная пыль оседает па краю желоба, образуя отрицательно заряженный столбик. При встряхивании электрода столбик пыли сваливается в наклонный желоб положительно заряженного электрода и соскальзывает в бункер.
В литературе описан промышленно-экспериментальный электрофильтр, у которого трубчатые электроды периодически очищаются от пыли продувкой грязным газом при большой скорости (~65 м/сек). Очищаемую секцию отключают от коллекторов чистого и грязного газа. Обдувочный сильно запыленный воздух проходит через циклон, а затем возвращается в коллектор грязного газа. При этом электроды нацело очищаются от пыли (золы), которая может улавливаться при очень больших скоростях газа (12 м/сек).
До подачи запыленного газа в электрофильтр величина электрического тока определяется количеством ионов и электронов, переходящих с большой скоростью от одного электрода к другому. После подачи запыленного газа часть ионов осядет на пыль, и так как масса пылинки несравненно больше массы газовой молекулы, то в таком электрическом поле скорость передвижения ионов, осевших на пылинках, станет значительно меньше. Чем больше число пылинок в газе, или, иначе, чем больше дисперсность пыли и ее концентрация, тем большая часть ионов осядет на пылинках.
Таким образом, ток в межэлектродном пространстве будет складываться из движения газовых ионов, обладающих сравнительно большой скоростью, и медленно движущихся заряженных пылинок. Обычно ток, обусловленный перемещением находящихся на пылинках зарядов, невелик, но в результате длительного пребывания в электрическом пола заряженных частиц пыли образуются пространственные заряды больше тех, которые созданы газовыми ионами, в результате чего процесс коронирования менее интенсивен.
Так как скорость движения заряженных пылинок в электрическом поле электрофильтра мала, то величина тока уменьшается. Наконец, может наступить такой момент, при котором большинство ионов, выходящих из области короны, осядет на пылинках. Скорость передвижения ионов, или, иначе говоря, величина тока, может при этом упасть почти до нуля. Это явление называется «запиранием короны».
С повышением концентрации пыли (или ее дисперсности) ток вначале мало уменьшается, затем он резко падает, практически почти до нуля. Такое положение часто встречается на практике и особенно резко выражено при улавливании высокодисперсного тумана серной кислоты. При увеличении скорости газов в электрофильтре (это равноценно повышенной концентрации, так как увеличивается секундное содержание тумана в объеме электрофильтра) ток также резко падает. Степень очистки при этом снижается. Бороться с этим снижением можно, максимально увеличивая приложенную разность потенциалов, но, так как это не всегда приводит к желательным результатам, необходимо уменьшить скорость газов.
Так как осаждение пыли в электрофильтре во многом зависит от свойств частиц; их размеров, диэлектрической проницаемости вещества пылинок, проводимости слоя пыли, формы и особенностей поверхности частиц, то при улавливании смешанной пыли можно в ряде случаев добиться обогащения части пыли каким-либо из компонентов Так, например, наблюдалось, что пыль, содержащаяся в газах механических печей обжига цинковых концентратов, уловленная в третьей камере электрофильтра, настолько обогатилась свинцом и кадмием, что они могли быть рентабельно извлечены, в то время как извлечение этих металлов из концентратов было невозможно. На рис. 18 показано содержание различных металлов в пыли (вдоль газового тракта) для описанного случая.
Эта возможность сепарирования пыли в электрическом поле применяется и в специальных обогатительных установках.
Влияние пыли на работу электрофильтра