Описание принципа действия электрофильтра

Введение

Электрофильтры занимают особое место в ряду газоочистной аппаратуры, обеспечивающих экологическую безопасность химических производств. Они позволяют с высокой степенью очистки извлекать из газов, выбрасываемых в атмосферу, аэрозоли вредных веществ.

Так как улавливание аэрозолей и туманов в электрофильтрах основывается на их ионизации в электростатическом поле при коронном разряде между электродами, то к материалам, из которых изготавливаются электроды, предъявляются требования электропроводности.

Традиционно, многие годы электрофильтры изготавливались из различных металлов. Поскольку в этом случае возникает требование их коррозионной стойкости, то выбор металлов существенно ограничивался. Так, для мокрых фильтров в сернокислотном производстве основным материалом для изготовления осадительных электродов был свинец – металл дефицитный, имеющий низкие физико-механические характеристики, высокую плотность, и плохую технологичность. Это сказывалось на технико-экономических показателях изготовления и эксплуатации аппаратов.

Примерно с середины 70-х годов прошлого столетия в научном мире начался интенсивный поиск разработки материалов, способных заменить свинец, прежде всего в конструкции осадительных электродов. Были созданы неметаллические электропроводные конструкционные материалы – стеклопластики, термопласты и др. В качестве электропроводящего наполнителя использовались мелкодисперсный графит и сажа.

Описание принципа действия электрофильтра

Электрическая очистка газов от взвешенных частиц (пыли, тумана, дыма) основана на следующем принципе. В процессе ионизации газовых молекул электрическим разрядом происходит зарядка частиц, содержащихся в газе, а затем под действием электрического поля эти частицы, движутся и  осаждаются на электродах таким образом выделяются из газового потока.

Газы представляют собой скопление беспорядочно движущихся молекул, большая часть которых обычно нейтральна, то есть не заряжена. Вместе с тем, каждый газ носит некоторое число зарядов в виде заряженных молекул (положительных или отрицательных ионов) и свободных электронов. Если газ содержащий некоторое количество носителей заряда поместить между электродами, соединёнными с источником тока высокого напряжения, то ионы и электроны под действием электрического поля начнут двигаться вдоль силовых линий поля. Направление движения каждого носителя заряда будет определятся его знаком, а скорость движения - напряжённостью электрического поля. Чем выше напряжённость поля, тем больше скорость получают частицы.

При достаточно большой величине напряжённости поля движущийся носитель заряда приобретает столь высокую скорость, что столкнувшись на своём пути с нейтральной молекулой, способен выбить из неё один или несколько внешних электронов, превращая при этом нейтральную молекулу в положительный ион и свободные электроны, которые в свою очередь так же начинают двигаться и сталкиваться с нейтральными частицами, т.е. процесс идёт с самоускорением.

В зависимости от конфигурации электродов, напряжённости поля в разных участках и мощности питающего его источника электричества разряды в газах могут принимать различные формы. Наиболее распространённым является коронный разряд. Коронный разряд может возникнуть только в неоднородном электрическом поле при определённой форме электродов и их расположении.

Вследствие неоднородности поля ударная ионизация, а затем и электрический разряд могут возникнуть у поверхности электрода (коронирующего), когда напряжённость поля в этой области достаточно высока, но не распространяется до другого электрода. По мере удаления от электрода (коронирующего) напряжённость поля уменьшается, и скорость движения частиц в газе становится уже недостаточной для поддержания процесса лавинообразного образования новых ионов.

Электрический разряд такого незавершённого характера и носит название коронного разряда, внешним проявлением его служит слабое голубовато-фиолетовое свечение вокруг электрода.

Электрод, вокруг которого возникает коронный разряд, именуется коронирующим, а второй электрод осадительным. Величина напряжённости поля при которой возникает коронный разряд называется критической.

Для создания электрического поля способного вызвать коронный разряд между электродами, последние должны бать присоединены к источнику постоянного тока высокого напряжения. Напряжение, обеспечивающее создание критической напряжённости поля, или иначе напряжение на электродах, при котором возникает коронный разряд, называется критическим напряжением. При возникновении короны в газовом промежутке между электродами в области непосредственно примыкающей к коронирующему электроду, за счёт ударной ионизации образуются ионы обоих знаков и свободные электроны. Под воздействием электрического поля положительные ионы движутся к коронирующему электроду и на нём электризуются, а свободные электроны образуют с газовыми молекулами отрицательные ионы, которые движутся  по  направлению к положительному электроду и нейтрализуются на нём. При этом через разделяющий электроды промежуток протекает электрический ток – ток короны.

С повышением напряжения питания на электродах будет увеличиваться ток короны и соответственно возрастать напряжённость  электрического поля  в пространстве между электродами. Повышение напряжения питания возможно до величины, при которой электрическая прочность газового промежутка между электродами будет нарушено искровым или дуговым электрическим разрядом, то есть пока не наступит пробой междуэлектродного промежутка.

Использование последних изобретений, относящихся к способам изготовления газоочистных и пылеулавливающих аппаратов различных отраслей промышленности (химической, нефтехимической, цветной и чёрной металлургии и других), позволяет значительно повысить надёжность и эффективность работы электрофильтра и упростить технологию его изготовления. Целью использования изобретения является повышение надёжности от воздействия электрических пробойных разрядов, упрощение технологии изготовления, уменьшение металлоёмкости.