Nettoyage de gaz électrique - la base physique du fonctionnement des précipitateurs électrostatiques

Si vous faites passer un gaz poussiéreux à travers la zone d'action d'un fort champ électrique, alors théoriquement des particules de poussière acquérir une charge électrique et commencera à accélérer, se déplaçant le long des lignes de force du champ électrique vers les électrodes, suivi d'un dépôt sur celles-ci.

Cependant, dans les conditions d'un champ électrique uniforme, il ne sera pas possible d'obtenir une ionisation par impact avec génération d'ions de masse, car dans ce cas la destruction de l'espace entre les électrodes se produira certainement.

Mais si le champ électrique n'est pas homogène, l'ionisation par impact ne conduira pas à la rupture de l'espace. Ceci peut être réalisé, par exemple, en appliquant condensateur cylindrique creux, à proximité de l'électrode centrale, sur laquelle la contrainte de champ électrique E sera beaucoup plus importante qu'à proximité de l'électrode cylindrique extérieure.

Près de l'électrode centrale, l'intensité du champ électrique sera maximale, en s'éloignant de celle-ci vers l'électrode externe, l'intensité E diminuera d'abord rapidement et de manière significative, puis continuera à diminuer, mais plus lentement.

En augmentant la tension appliquée aux électrodes, on obtient d'abord un courant de saturation constant, et en augmentant encore la tension, on pourra observer une augmentation de l'intensité du champ électrique au niveau de l'électrode centrale jusqu'à une valeur critique et le début du choc ionisation à proximité.

Au fur et à mesure que la tension augmente, l'ionisation par impact se propage sur une surface de plus en plus grande dans le cylindre et le courant dans l'espace entre les électrodes augmente.

En conséquence, une décharge corona se produira, donc la génération d'ions sera suffisante pour charger les particules de poussière, même si la rupture définitive de l'écart ne se produira jamais.

Pour obtenir une décharge corona afin de charger des particules de poussière dans un gaz, non seulement un condensateur cylindrique convient, mais également une configuration différente d'électrodes pouvant fournir un champ électrique inhomogène entre elles.

Par exemple, répandu électrofiltres, dans lequel un champ électrique inhomogène est produit à l'aide d'une série d'électrodes de décharge montées entre des plaques parallèles.

La détermination de la contrainte critique et de la contrainte critique à laquelle le corona se produit est effectuée en raison des dépendances analytiques correspondantes.

Dans un champ électrique inhomogène, deux régions avec des degrés d'inhomogénéité différents sont formées entre les électrodes. La région corona favorise la génération d'ions de signe opposé et d'électrons libres à proximité de l'électrode mince.

Les électrons libres, ainsi que les ions négatifs, se précipitent vers l'électrode externe positive, où ils lui donnent leur charge négative.

La couronne se distingue ici par un volume important et l'espace principal entre les électrodes est rempli d'électrons libres et d'ions chargés négativement.

Dans les précipitateurs électrostatiques tubulaires, le gaz à dépoussiérer est passé à travers des tubes verticaux de 20 à 30 cm de diamètre, avec des électrodes de 2 à 4 mm tendues le long des axes centraux des tubes. Le tube est une électrode collectrice, car la poussière piégée se dépose sur sa surface interne.

Un précipitateur à plaques comporte une rangée d'électrodes de décharge centrées entre les plaques et la poussière se dépose sur les plaques.Lorsqu'un gaz poussiéreux traverse un tel précipitateur, les ions sont absorbés sur les particules de poussière et ainsi les particules sont rapidement chargées. Pendant la charge, les particules de poussière sont accélérées lorsqu'elles se déplacent vers l'électrode collectrice.

Déterminants de la vitesse de déplacement des poussières dans la zone externe décharge corona sont l'interaction du champ électrique avec la charge des particules et la force aérodynamique du vent.

La force qui amène les particules de poussière à se déplacer vers l'électrode collectrice— Force coulombienne d'interaction de la charge des particules avec le champ électrique des électrodes… Lorsque la particule se déplace vers l'électrode collectrice, la force de coulomb active est équilibrée par la force de traînée de la tête. La vitesse de dérive d'une particule vers l'électrode collectrice peut être calculée en assimilant ces deux forces.

La qualité du dépôt des particules sur l'électrode est affectée par des facteurs tels que : la taille des particules, leur vitesse, la conductivité, l'humidité, la température, la qualité de la surface de l'électrode, etc.Mais le plus important est la résistance électrique de la poussière. Le plus grand résistance la poussière est divisée en groupes:

Poussière avec une résistance électrique spécifique inférieure à 104 Ohm * cm

Lorsqu'une telle particule entre en contact avec une électrode collectrice chargée positivement, elle perd immédiatement sa charge négative, acquérant instantanément une charge positive sur l'électrode. Dans ce cas, la particule peut être immédiatement facilement évacuée de l'électrode et l'efficacité du nettoyage chutera.

Poussière avec une résistance électrique spécifique de 104 à 1010 Ohm * cm.

Une telle poussière se dépose bien sur l'électrode, est facilement secouée hors du tuyau, le filtre fonctionne très efficacement.

Poussière avec une résistance électrique spécifique de plus de 1010 Ohm * cm.

La poussière n'est pas facilement capturée par le précipitateur électrostatique. Les particules précipitées sont éjectées très lentement, la couche de particules chargées négativement sur l'électrode devient plus épaisse. La couche chargée empêche le dépôt de particules nouvellement arrivées. L'efficacité du nettoyage diminue.

Poussière avec la résistance électrique la plus élevée - magnésite, gypse, oxydes de plomb, zinc, etc. Plus la température est élevée, plus la résistance à la poussière augmente d'abord (en raison de l'évaporation de l'humidité), puis la résistance diminue. En humidifiant le gaz et en y ajoutant des réactifs (ou des particules de suie, de coke), vous pouvez réduire la résistance de la poussière.

En entrant dans le filtre, une partie de la poussière peut être captée par le gaz et emportée à nouveau, cela dépend de la vitesse du gaz et du diamètre de l'électrode collectrice. L'entraînement secondaire peut être réduit en rinçant immédiatement avec de l'eau la poussière déjà piégée.

Caractéristique courant-tension du filtre est déterminé par certains facteurs technologiques.Plus la température est élevée, plus le courant corona est élevé ; cependant, la tension de fonctionnement stable du filtre diminue en raison d'une diminution de la tension de claquage. Une humidité plus élevée signifie un courant corona plus faible. Une vitesse de gaz plus élevée signifie un courant plus faible.

Plus le gaz est propre - plus le courant corona est élevé, plus le gaz est poussiéreux - plus le courant corona est faible. L'essentiel est que les ions se déplacent plus de 1000 fois plus vite que la poussière, donc lorsque les particules sont chargées, le courant corona diminue et plus il y a de poussière dans le filtre, plus le courant corona est faible.

Pour des conditions extrêmement poussiéreuses (Z1 25 à 35 g/m23) le courant corona peut tomber presque à zéro et le filtre cessera de fonctionner. C'est ce qu'on appelle le verrouillage de la couronne.

Une couronne verrouillée entraîne un manque d'ions pour fournir une charge suffisante aux particules de poussière. Bien que la couronne se verrouille rarement complètement, le précipitateur électrostatique ne fonctionne pas bien dans les environnements poussiéreux.

En métallurgie, les électrofiltres à plaques sont le plus souvent utilisés, caractérisés par un rendement élevé, éliminant jusqu'à 99,9% des poussières avec une faible consommation d'énergie.

Lors du calcul d'un électrofiltre, ses performances, son efficacité de fonctionnement, sa consommation d'énergie pour créer une couronne, ainsi que le courant des électrodes sont calculés. La performance du filtre se trouve par la surface de sa section active :

Connaissant la zone de la section active de l'électrofiltre, une conception de filtre appropriée est sélectionnée à l'aide de tableaux spéciaux. Pour trouver l'efficacité du filtre, utilisez la formule :

Si la taille des particules de poussière est proportionnelle au libre parcours moyen des molécules de gaz (environ 10-7 m), alors la vitesse de leur déviation peut être trouvée par la formule :

La vitesse de dérive des grosses particules d'aérosol est trouvée par la formule :

L'efficacité du filtre pour chaque fraction de poussière est produite séparément, après quoi l'efficacité globale de l'électrofiltre est établie :

L'intensité de fonctionnement du champ électrique dans le filtre dépend de sa construction, de la distance entre les électrodes, du rayon des électrodes corona et de la mobilité des ions. La plage de tension de fonctionnement habituelle pour un électrofiltre est de 15*104 à 30*104 V/m.

Les pertes par frottement ne sont généralement pas calculées, mais simplement supposées être de 200 Pa. La consommation d'énergie pour créer une couronne se trouve par la formule :

Le courant lors de la collecte des poussières métallurgiques est établi comme suit :

La distance interélectrodes de l'électrofiltre dépend de sa construction. La longueur des électrodes collectrices est choisie en fonction du degré de dépoussiérage requis.

Les précipitateurs électrostatiques ne sont généralement pas utilisés pour capturer la poussière des diélectriques propres et des conducteurs propres. Le problème est que les particules hautement conductrices se chargent facilement, mais elles sont également rapidement éjectées au niveau de l'électrode collectrice et sont donc immédiatement retirées du flux gazeux.

Des particules diélectriques se déposent sur l'électrode collectrice, réduisent sa charge et conduisent à la formation d'une couronne inverse, qui empêche le bon fonctionnement du filtre. La teneur en poussière de fonctionnement normale pour le précipitateur électrostatique est inférieure à 60 g / m23 et la température maximale à laquelle les précipitateurs électrostatiques sont utilisés est de +400 ° C.

Voir aussi sur ce sujet :

Filtres électrostatiques — appareil, principe de fonctionnement, domaines d'application