Курсовая работа (т): Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

Процесс пылеулавливания в трубе-смесителе струйного газопромывателя так же, как и в других аппаратах, в которых пылевые частицы осаждаются на каплях орошающей жидкости, связан в основном с действием сил инерции.

Конструкция струйного газопромывателя аналогична турбулентному аппарату Вентури. Труба-смеситель (рис. 11) состоит из конфузора и диффузора, между которыми в ряде случаев устанавливается камера смешения (по аналогии с горловиной в трубе Вентури). Эта камера предназначена для повышения эффективности взаимодействия газового потока и потока капель орошающей жидкости, а также для выравнивания скорости газового потока, что обеспечивает его поступление в диффузор с нормальным для турбулентного движения распределением скоростей по поперечному сечению. Камера смешения позволяет более свободно выбирать место установки распылителей орошающей жидкости для того, чтобы полностью перекрыть факелом капель жидкости поперечное сечение трубы смесителя. В струйном газопромывателе применяют механические распылители типа струйновихревых или каскадных.

Рис. 11. Струйный газопромыватель: 1 - конфузор, 2 - камера смешения, 3 - диффузор, 4 - каплеуловитель

Для улавливания капель жидкости после трубы-смесителя устанавливают каплеуловители (гравитационные и инерционные). В случае грубодисперсного распыла жидкости применяют гравитационные каплеуловители - вертикальные полые башни. При высокодисперсном распыле устанавливают инерционные распылители - циклоны ЦС-ВТИ, жалюзийные и т. п.

5. Аппараты электростатической очистки газов от пылевых частиц

Такие аппараты состоят из электрофильтра, в котором непосредственно происходит очистка газов, и преобразовательной электрической подстанции (рис. 12). В преобразовательной подстанции установлены электрические агрегаты: регулятор напряжения 1, повысительный трансформатор 2, выпрямитель 3, которые преобразуют переменный ток напряжением 380 В в переменный ток высокого напряжения - до 100 кВ и выпрямляют ток высокого напряжения.

Выпрямленный ток по высоковольтному кабелю 4 или шинам подводится к электродам электрофильтра: коронирующим 9 и осадительным 8. Коронирующие электроды соединяются с отрицательным полюсом выпрямителя, а осадительные - с положительным.

При подаче тока высокого напряжения в пространстве электрофильтра возникает электрическое поле. Когда разность потенциалов достигнет определенного значения, возникает коронный разряд, вызывающий интенсивное направленное движение электронов и ионов газа, т. е. между электродами электрофильтра протекает ток короны.

Рис. 12. Принципиальная схема питания электрофильтра: 1 - регулятор напряжения; 2 - повысительный трансформатор; 3 - выпрямитель; 4 - высоковольтный кабель; 5 - земля; 6 - изолятор; 7 - электрофильтр; электроды: 8 - осадительный; 9 - коронирующий

Пылевые частицы, взвешенные в газе, проходящем через пространство электрофильтра, приобретают заряд в результате осаждения на них электронов или ионов (в дальнейшем носители зарядов будут обозначаться общим понятием ионы). Заряженные пылевые частицы под действием электрического поля движутся к осадительным электродам и оседают на них, а очищенные газы удаляются из электрофильтра.

.1 Классификация электрофильтров

В зависимости от места расположения коронирующих и осадительных электродов электрофильтры делятся на однозонные и двухзонные. В однозонных - коронирующие и осадительные электроды конструктивно объединены в одной камере, в двухзонных - электроды помещены раздельно: коронирующие в одной камере - ионизаторе, а осадительные в другой камере - осадителе. Для очистки промышленных газов применяют однозонные электрофильтры, для очистки вентиляционного воздуха с малой начальной запыленностью - двухзонные.

В зависимости от формы осадительных электродов электрофильтры делятся на трубчатые и пластинчатые. Особо выделяются электрофильтры с шестигранными (сотовыми) электродами.

В зависимости от направления движения газов электрофильтры бывают горизонтальные и вертикальные.

По числу последовательно расположенных электрических полей различают электрофильтры однопольные и многопольные (например, двух-, трехпольные и т. д.), а по числу секций (камер), параллельно установленных по ходу газа,- одно-многосекционные.

В зависимости - от состояния газов, поступающих на очистку, и системы удаления уловленных частиц с осадительных электродов электрофильтры бывают сухие и мокрые.

Кроме того, электрофильтры подразделяют на горячие и теплые. В горячие электрофильтры запыленные газы поступают с температурой более 250° С, а в теплые - менее 250° С.

.2 Вольтамперная характеристика

Вольтамперная характеристика электрофильтра определяется напряжением U, приложенным к электродам, и линейной плотностью тока io, протекающего в межэлектродном пространстве.

Процесс очистки газов в элекрофильтре во многом определяется напряженностью электрического поля в межэлектродном пространстве и зависит от геометрических размеров электродов, расстояния между ними и силы тока, потребляемой электрофильтром.

По мере увеличения напряжения, приложенного к электродам, ионы и электроны, находящиеся около коронирующего электрода, могут приобрести такие скорости, при которых они будут ионизировать нейтральные молекулы газа. Однако с увеличением расстояния от электрода напряженность поля быстро падает по закону гиперболы. Скорость движения ионов также уменьшается. Та начальная напряженность поля, при которой у поверхности коронирующего электрода возникает коронный разряд, называется критической напряженностью.

.3 Факторы, влияющие на величину вольтамперной характеристики электрофильтра

Влияние конструктивных факторов. На вольтамперную характеристику электрофильтра значительное влияние оказывают размер коронирующих электродов и величина межэлектродного пространства. Результаты экспериментального исследования (при температуре 20° С в воздушной среде) влияния размера коронирующих электродов на вольтамперные характеристики в трубчатых электрофильтрах показали, что линейная плотность тока при одинаковом напряжении увеличивается с уменьшением размера коронирующего электрода.

С увеличением количества коронирующих электродов сила тока возрастает, а затем резко падает. Это объясняется тем, что при увеличении числа электродов напряженность поля сначала возрастает, а затем при определенном количестве электродов электрические поля начинают экранировать друг друга. При дальнейшем увеличении числа электродов электрическое поле становится однородным и коронирование вообще прекращается.

Влияние свойств очищаемого газа. В производственных условиях в электрофильтре значительно изменяются давление, температура, плотность и влажность тазов, оказывая большое влияние на ток короны. Повышение давления газа в электрофильтре позволяет поддерживать более высокую напряженность электрического поля. С повышением температуры диапазон напряжений, при которых возможна устойчивая работа электрофильтра (без пробоя), сокращается вследствие уменьшения электрической прочности межэлектродного пространства. Ориентировочно можно принять, что пробивное напряжение электрофильтра обратно пропорционально абсолютной температуре газов. При температуре выше 250° С колебания подаваемого на электроды напряжения даже в небольших пределах вызывают значительное изменение силы тока.

Вместе с тем экспериментально установлено, что вольтамперная характеристика в основном зависит от плотности газов, в которых происходит коронный разряд, а от температуры и давления зависит лишь в той мере, в какой эти параметры влияют на плотность газов. При возрастании ее возможна устойчивая работа электрофильтра при более высоком напряжении на электродах.

Повышение влажности газов способствует возрастанию напряжения, при котором происходит пробой, а потребление тока электрофильтром снижается.

Влияние содержания в газах пылевых частиц. Сила тока в межэлектродном пространстве электрофильтра складывается из силы тока, переносимой газовыми ионами, обладающими сравнительно высокой скоростью (в среднем 60-100 м/сек), и силы тока, переносимой медленно движущимися заряженными пылевыми частицами, величина которой обычно составляет 1-2% общей силы тока в электрофильтре.

Так как скорость пылевых частиц значительно меньше скорости ионов, то наличие в газах этих частиц снижает количество зарядов, переносимых в единицу времени от коронирующего электрода к осадительному. Следовательно, заряд на пылевых частицах в поле электрофильтра уменьшает потребляемый ток, поскольку частицы действуют как заряженная решетка, подавляющая ток короны. Это означает, что с увеличением числа пылевых частиц в газе понижается ток в электрофильтре, т. е. снижается количество зарядов, переносимых в единицу времени от коронирующих к осадительным электродам.

При отсутствии пылевых частиц силовые линии непосредственно соединяют разноименные электроды, а в их присутствии большее число силовых линий соединяет заряженные частицы и осадительный электрод. С увеличением числа пылевых частиц в электрическом поле повышается заряд на частицах и может возникнуть такое состояние, когда ток в электрофильтре будет переноситься только заряженными частицами и сила тока значительно понизится. При этом улавливание частиц в электрофильтре ухудшается. Такое явление называется запиранием короны. Интенсивность этого явления увеличивается с ростом концентрации частиц.

Во избежание запирания короны перед электрофильтром в отдельных случаях устанавливают сухие или мокрые газоочистные аппараты, снижающие начальную запыленность газов.

Влияние свойств пылевых частиц. Влияние размеров частиц на работу электрофильтра проявляется прежде всего в величине заряда, получаемого частицами, и скорости их движения после зарядки к осадительным электродам. Заряд более крупных частиц и скорость их движения к осадительным электродам больше, чем мелких, поэтому крупные частицы улавливаются в электрофильтре полнее мелких. Химический состав частиц влияет на их электрическое сопротивление (проводимость).

Основная величина, характеризующая электрические свойства частиц, - удельное электрическое сопротивление.

По величине удельного электрического сопротивления частицы пыли можно разделить на три группы: менее 10І ом м, в пределах от 10І до 10&sup8; ом м и более 108 ом м.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением менее 10І ом м отличаются высокой проводимостью. При столкновении с металлической поверхностью осадительного электрода частицы почти мгновенно отдают свой заряд, приобретают заряд осадительного электрода, отталкиваются от осадительного электрода, попадая вновь в газовый поток. Затем процесс повторяется сначала и, таким образом, хорошо проводящая пылинка может пройти через весь электрофильтр не осаждаясь. Для улавливания электрофильтрами частиц с такой проводимостью необходимо применять осадительные электроды специальной конструкции, например карманные электроды.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10І до 108 ом м хорошо улавливаются в электрофильтрах. Заряды частиц равномерно стекают на поверхность осадительного электрода по мере подхода новых частиц из межэлектродного пространства.

Частицы пыли с удельным электрическим сопротивлением более 108 ом м, характеризуются низкой проводимостью. Электрические заряды, поступающие непрерывно с оседающими частицами, отводятся на осадительный электрод медленно. Слой осевшей пыли, состоящей из заряженных частиц, обладает некоторым напряжением, что приводит к нарушению нормальной работы электрофильтра. Это проявляется двояко:

. Если слой пыли формируется на осадительном электроде равномерно и не имеет пор, напряжение коронного разряда снижается по сравнению с напряжением U, первоначально приложенному к электрофильтру, на величину U1 (напряжение в слое осевшей пыли). Внешний признак этого процесса - значительное снижение тока, потребляемого электрофильтром при нормальном напряжении, подаваемым на электроды, и ухудшение эффективности очистки. Повысить напряжение на электродах для компенсации его падения в слое пыли нельзя, поскольку пробивное напряжение в электрофильтре имеет вполне определенную величину и не зависит от чистоты электродов.

. Если же слой пыли на электроде неравномерный, то он в зависимости от размера частиц обычно лишь на 10-50% состоит из пыли. Остальную часть слоя составляют поры и трещины, заполненные газом.

Диэлектрическая постоянная пыли значительно выше диэлектрической постоянной газа в порах и трещинах. Поэтому в порах силовые линии сгущаются.

Наступает момент, когда напряжение поля становится больше критического и газ, находящийся в порах у осадительного электрода, начинает коронировать. В этом случае корона уже положительна - обратная корона. Из нее в пространство электрофильтра выбрасываются положительные ионы. Они движутся навстречу отрицательно заряженным частицам и ионам и нейтрализуют их. Явление обратной короны резко ухудшает эффективность улавливания пылевых частиц в электрофильтре.

Внешним признаком появления обратной короны служит увеличение потребляемого тока даже при снижении приложенного к электродам напряжения. Повысить эффективность пылеулавливания частиц с высоким удельным электрическим сопротивлением можно путем увеличения поверхностной проводимости частиц. Для этого чаще всего применяют кондиционирование газа - добавляют водяной пар или пропускают газы до их очистки в электрофильтре через мокрые пылеулавливающие аппараты.

Влияние загрязнения системы электродов. Чистота поверхностей коронирующих и осадительных электродов - одно из важнейших условий нормальной эксплуатации электрофильтров. Отложения на коронирующем электроде увеличивают его диаметр. Если образовавшийся слой состоит из хорошо проводящих частиц, при увеличении диаметра необходимо повысить начальное напряжение, подаваемое на электроды для создания коронного разряда. Если же частицы, осевшие на коронирующем электроде, обладают большим электрическим сопротивлением, электрод покрывается изолирующим слоем и коронирование может прекратиться. Эффективный метод борьбы с образованием отложений - встряхивание электродов. Встряхивать электроды следует даже при очистке газов, содержащих хорошо улавливаемые частицы. В противном случае в электрофильтре возникает вторичный унос вследствие образования толстого слоя пыли на электроде и уменьшения сил сцепления между осевшими пылевыми частицами.

Влияние полярности коронного разряда. Питание электрофильтра осуществляется только постоянным током. Подача на коронирующие электроды переменного напряжения нецелесообразна, так как направление движения заряженных частиц пыли будет непрерывно меняться и ухудшится очистка газов.

На коронирующих электродах обычно поддерживают отрицательную полярность. В этом случае коронный разряд более устойчив и пробивное напряжение значительно выше. При одном и том же напряжении, подаваемом на электроды, ток при отрицательной полярности коронирующего электрода выше, чем при положительной. Кроме того, подвижность отрицательных ионов выше. Эффективность улавливания частиц при подаче на коронирующие электроды тока отрицательной полярности составляет 95-98%, тогда как при положительной полярности - лишь 70-80%.

Влияние скорости и равномерного распределения газа в электрофильтре. Время пребывания частицы в электрическом поле электрофильтра должно быть не менее 1-2 сек, чтобы частица приобрела заряд и подошла к осадительному электроду.