Pembersihan gas listrik - dasar fisik pengoperasian presipitator elektrostatis

Jika Anda melewatkan gas berdebu melalui zona aksi medan listrik yang kuat, maka secara teoritis partikel debu memperoleh muatan listrik dan akan mulai berakselerasi, bergerak di sepanjang garis gaya medan listrik ke elektroda, diikuti dengan pengendapan di atasnya.

Namun, dalam kondisi medan listrik yang seragam, tidak mungkin mendapatkan dampak ionisasi dengan pembentukan ion massa, karena dalam hal ini pasti akan terjadi penghancuran celah antar elektroda.

Tetapi jika medan listrik tidak homogen, maka dampak ionisasi tidak akan menyebabkan pecahnya celah. Ini bisa dicapai, misalnya dengan melamar kapasitor silinder berongga, di dekat elektroda pusat, di mana tegangan medan listrik E akan jauh lebih besar daripada di dekat elektroda silinder luar.

Di dekat elektroda pusat, kekuatan medan listrik akan maksimum, sambil menjauh darinya ke elektroda luar, kekuatan E pertama-tama akan berkurang dengan cepat dan signifikan, dan kemudian terus menurun, tetapi lebih lambat.

Dengan meningkatkan tegangan yang diterapkan pada elektroda, pertama-tama kita memperoleh arus saturasi yang konstan, dan dengan meningkatkan tegangan lebih lanjut, kita akan dapat mengamati peningkatan kekuatan medan listrik di elektroda pusat ke nilai kritis dan permulaan kejutan. ionisasi di dekatnya.

Saat voltase semakin meningkat, dampak ionisasi akan menyebar ke area yang semakin luas di dalam silinder dan arus di celah antara elektroda akan meningkat.

Akibatnya, akan terjadi pelepasan korona generasi ion akan cukup untuk mengisi partikel debu, meskipun pemecah kesenjangan terakhir tidak akan pernah terjadi.

Untuk mendapatkan pelepasan korona untuk mengisi partikel debu dalam gas, tidak hanya kapasitor silinder yang cocok, tetapi juga konfigurasi elektroda yang berbeda yang dapat memberikan medan listrik yang tidak homogen di antara keduanya.

Misalnya, tersebar luas elektrofilter, di mana medan listrik yang tidak homogen dihasilkan menggunakan serangkaian elektroda pelepasan yang dipasang di antara pelat paralel.

Penentuan tegangan kritis dan tegangan kritis di mana korona terjadi dibuat karena ketergantungan analitik yang sesuai.

Dalam medan listrik yang tidak homogen, dua daerah dengan tingkat ketidakhomogenan yang berbeda terbentuk di antara elektroda. Wilayah korona mendorong pembentukan ion bertanda berlawanan dan elektron bebas di dekat elektroda tipis.

Elektron bebas, bersama dengan ion negatif, bergegas ke elektroda luar positif, di mana mereka memberikan muatan negatifnya.

Korona di sini memiliki volume yang signifikan, dan ruang utama antara elektroda diisi dengan elektron bebas dan ion bermuatan negatif.

Dalam tubular electrostatic precipitators, gas yang akan dihilangkan debunya dialirkan melalui tabung vertikal berdiameter 20 sampai 30 cm, dengan elektroda 2-4 mm yang direntangkan sepanjang sumbu tengah tabung. Tabung adalah elektroda pengumpul, karena debu yang terperangkap mengendap di permukaan dalamnya.

Pelat pengendap memiliki deretan elektroda pelepasan yang berpusat di antara pelat, dan debu mengendap di pelat.Ketika gas berdebu melewati pengendapan tersebut, ion diserap pada partikel debu dan dengan demikian partikel terisi dengan cepat. Selama pengisian, partikel debu dipercepat saat bergerak menuju elektroda pengumpul.

Penentu kecepatan pergerakan debu di zona luar pelepasan korona adalah interaksi medan listrik dengan muatan partikel dan gaya angin aerodinamis.

Gaya yang menyebabkan partikel debu bergerak menuju elektroda pengumpul— Gaya Coulomb interaksi muatan partikel dengan medan listrik elektroda… Saat partikel bergerak menuju elektroda pengumpul, gaya coulomb aktif diimbangi oleh gaya seret kepala. Kecepatan melayang partikel ke elektroda pengumpul dapat dihitung dengan menyamakan kedua gaya ini.

Kualitas pengendapan partikel pada elektroda dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti: ukuran partikel, kecepatan, konduktivitas, kelembaban, suhu, kualitas permukaan elektroda, dll.Namun yang terpenting adalah hambatan listrik dari debu tersebut. Yang terbesar perlawanan debu dibagi menjadi beberapa kelompok:

Debu dengan hambatan listrik spesifik kurang dari 104 Ohm * cm

Ketika partikel seperti itu bersentuhan dengan elektroda pengumpul bermuatan positif, ia segera kehilangan muatan negatifnya, langsung memperoleh muatan positif pada elektroda. Dalam hal ini, partikel dapat dengan mudah terbawa dari elektroda, dan efisiensi pembersihan akan turun.

Debu dengan hambatan listrik spesifik 104 hingga 1010 Ohm * cm.

Debu seperti itu mengendap dengan baik di elektroda, mudah dikeluarkan dari pipa, filter bekerja sangat efisien.

Debu dengan hambatan listrik spesifik lebih dari 1010 Ohm * cm.

Debu tidak mudah ditangkap oleh electrostatic precipitator. Partikel yang mengendap dikeluarkan dengan sangat lambat, lapisan partikel bermuatan negatif pada elektroda menjadi lebih tebal. Lapisan bermuatan mencegah pengendapan partikel yang baru tiba. Efisiensi pembersihan menurun.

Debu dengan hambatan listrik tertinggi - magnesit, gipsum, oksida timbal, seng, dll. Semakin tinggi suhunya, semakin kuat resistansi debu meningkat terlebih dahulu (karena penguapan kelembapan), dan kemudian resistansi turun. Dengan melembabkan gas dan menambahkan beberapa reagen (atau partikel jelaga, kokas) ke dalamnya, Anda dapat mengurangi daya tahan debu.

Memasuki filter, sebagian debu dapat terbawa oleh gas dan terbawa kembali, hal ini tergantung pada kecepatan gas dan diameter elektroda pengumpul. Entrainment sekunder dapat dikurangi dengan segera membilas debu yang sudah terperangkap dengan air.

Karakteristik arus-tegangan dari filter ditentukan oleh beberapa faktor teknologi.Semakin tinggi suhu, semakin tinggi arus korona; namun, tegangan operasi filter yang stabil berkurang karena penurunan tegangan tembus. Kelembaban yang lebih tinggi berarti arus korona yang lebih rendah. Kecepatan gas yang lebih tinggi berarti arus yang lebih rendah.

Semakin bersih gasnya — semakin tinggi arus korona, semakin berdebu gasnya — semakin rendah arus koronanya. Intinya adalah bahwa ion bergerak lebih dari 1000 kali lebih cepat daripada debu, jadi ketika partikel diisi, arus korona berkurang dan semakin banyak debu yang ada di filter, semakin rendah arus korona.

Untuk kondisi yang sangat berdebu (Z1 25 hingga 35 g / m23) arus korona dapat turun hingga hampir nol dan filter akan berhenti bekerja. Ini disebut penguncian mahkota.

Korona yang terkunci mengakibatkan kekurangan ion untuk menyediakan muatan yang cukup bagi partikel debu. Meskipun kenop jarang mengunci sepenuhnya, presipitator elektrostatis tidak bekerja dengan baik di lingkungan berdebu.

Dalam metalurgi, elektrofilter pelat paling sering digunakan, ditandai dengan efisiensi tinggi, menghilangkan hingga 99,9% debu dengan konsumsi energi yang rendah.

Saat menghitung elektrofilter, kinerjanya, efisiensi operasi, konsumsi energi untuk membuat korona, serta arus elektroda dihitung. Kinerja filter ditentukan oleh area bagian aktifnya:

Mengetahui area bagian aktif dari elektrofilter, desain filter yang sesuai dipilih menggunakan tabel khusus. Untuk mencari efisiensi filter, gunakan rumus:

Jika ukuran partikel debu sepadan dengan jalur bebas rata-rata molekul gas (sekitar 10-7m), maka kecepatan penyimpangannya dapat ditentukan dengan rumus:

Kecepatan melayang partikel aerosol besar ditemukan dengan rumus:

Efisiensi filter untuk setiap fraksi debu dihasilkan secara terpisah, setelah itu efisiensi keseluruhan dari presipitator elektrostatis ditetapkan:

Intensitas operasi medan listrik dalam filter bergantung pada konstruksinya, jarak antara elektroda, jari-jari elektroda korona, dan mobilitas ion. Kisaran tegangan pengoperasian yang biasa untuk elektrofilter adalah dari 15 * 104 hingga 30 * 104 V / m.

Kerugian gesekan biasanya tidak dihitung, tetapi hanya diasumsikan 200 Pa. Konsumsi energi untuk membuat korona ditemukan dengan rumus:

Arus saat mengumpulkan debu metalurgi ditetapkan sebagai berikut:

Jarak interelektroda dari elektrofilter tergantung pada konstruksinya. Panjang elektroda pengumpul dipilih tergantung pada tingkat pengumpulan debu yang diperlukan.

Pengendapan elektrostatik umumnya tidak digunakan untuk menangkap debu dari dielektrik bersih dan konduktor bersih. Masalahnya adalah partikel yang sangat konduktif mudah diisi, tetapi mereka juga dengan cepat dikeluarkan dari elektroda pengumpul dan oleh karena itu segera dikeluarkan dari aliran gas.

Partikel dielektrik mengendap pada elektroda pengumpul, mengurangi muatannya dan mengarah pada pembentukan korona balik, yang mencegah filter bekerja dengan baik. Kandungan debu operasi normal untuk presipitator elektrostatik di bawah 60 g / m23, dan suhu maksimum penggunaan presipitator elektrostatis adalah +400 ° C.

Lihat juga di topik ini:

Filter elektrostatik — perangkat, prinsip operasi, area aplikasi