22. Электрическая очистка газов

239

веден постоянный электрическии ток высокого напряжения, то молекулы (атомы) газа ионизируются, т. е. расщепляются на положительно заря­женные ионы и электроны, которые начинают перемещаться по направле­нию силовых линий. Направление вектора скорости заряженных частиц будет определяться их знаком, а скорость движения и, следовательно, кинетическая энергия— напряженностью электрического поля. При повышении разности потенциалов между электродами (напряженности электрического поля) до нескольких десятков тысяч вольт кинетическая энергия ионов и электронов возрастает настолько, что они при своем дви­жении, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, будут расщеплять их на положительные ионы и свободные электроны. Вновь образовавшиеся заряды при своем движении также ионизируют газ. В результате образова­ние ионов происходит лавинообразно и газ полностью ионизируется. Такая ионизация называется ударной.

© ©

Рис. У-50. Расположение электродов для создания неоднородного электрического поля.

Рис. У-51. Принципиальная схема уста­новки для электрической очистки газов:

1 — регулятор напряжения; 2 — повыситель- ный трансформатор, 3 — высоковольтный вы­прямитель; 4 — коронирующий электрод; 5 — осадительный электрод; 6 — электрофильтр.

При полной ионизации газа между электродами возникают условия для электрического разряда- С дальнейшим увеличением напряженности электрического поля возможен проскок искр, а затем электрический пробой и короткое замыкание электродов. Чтобы избежать этого, создают неоднородное электрическое поле путем устройства электродов в виде проволоки, натянутой по оси трубы (рис. \^г-50, а), или проволоки, натянутой между параллельными пластинами (рис. У-50, б). Густота си­ловых линий и, следовательно, напряженность поля в этих условиях наи­более высока у провода и постепенно убывает по мере приближения к трубе или пластине. Напряженность поля непосредственно у трубы (пластины) является недостаточной для искрообразования и электрического пробоя.

При напряженности поля, достаточной для полной ионизации, между электродами возникает коронный разряд, сопровождающийся голубовато­фиолетовым свечением, образованием «короны» вокруг каждого провода и характерным потрескиванием. Электрод, вокруг которого образуется «корона», носит название коронирующего электрода, а другой, противоположно заряженный электрод, выполненный в виде трубы или пластины — осадительного электрода. Коронирующие элек­троды присоединяются к отрицательному полюсу источника тока, а осади­тельные — к положительному. При этом можно использовать более высокое напряжение без появления искрового разряда между электродами.

При возникновении «короны» образуются ионы обоих знаков и сво­бодные электроны. Под действием электрического поля положительные ионы движутся к коронирующему электроду и нейтрализуются на нем, а отрицательные ионы и свободные электроны перемещаются к осадитель­ному электроду. Соприкасаясь со встречными пылинками и капельками,

Гл. V. Разделение неоднородных систем

находящимися в газе, они сообщают последним свой заряд и увлекают их к осадительному электроду. В результате частицы пыли или тумана оседают на этом электроде. Основная масса взвешенных в газе частиц пыли или тумана приобретает отрицательный заряд вследствие того, что более подвижные отрицательные ионы и электроны проделывают более длинный путь из области «короны» к осадительному электроду, чем положительные ионы. Соответственно больше вероятность их столкновения со взвешен­ными в газе частицами. Лишь небольшая часть частиц пыли или тумана, которые столкнулись с положительно заряженными ионами в области «короны», оседают на коронирующем электроде. Отрицательно заряженные ионы, частицы пыли или тумана, попадая на осадительный электрод, отдают ему свои заряды, а затем удаляются с электрода.

Степень очистки газа в электрофильтре в значительной степени зависит от проводимости пыли. Если частицы хорошо проводят ток, а силы адге­зии (сцепления) невелики, то заряд отдается мгновенно, а сама частица получает заряд электрода. Возникает кулоновая сила отталкивания, и частица вновь может попасть в газовый поток. Это приводит к увеличе­нию уноса пыли из электрофильтра и понижению степени очистки. Если пыль плохо проводит ток, то она прижимается силой поля к электроду и образует на нем плотный слой отрицательно заряженных частиц, который отталкивает приближающиеся частицы того же знака, т. е. противодейст­вует основному электрическому полю. Напряжение в порах слоя осевшей пыли может превысить критическое и вызывать коронирование газа у оса­дительного электрода — «обратную корону». Это явление значительно снижает эффективность очистки газа.

Для исключения вредного влияния пыли, осевшей на электродах, ее удаляют периодическим встряхиванием электродов или увеличивают проводимость пыли путем увлажнения газа перед входом в электрофильтр водой, не допуская, однако, снижения температуры газа ниже его точки росы.

При очистке газов с высокой концентрацией твердых частиц большая часть ионов осаждается на последних и количество переносимых зарядов существенно уменьшается, а следовательно, снижается сила потребляе­мого тока, так как скорость взвешенных частиц (0,3—0,6 м/сек) значи­тельно меньше скорости ионов (60—-100 м/сек). При падении силы потреб­ляемого тока до нуля степень очистки газа резко ухудшается — происхо­дит полное «запирание короны». В этом случае для борьбы со снижением силы тока уменьшают концентрацию взвешенных частиц в газе (устанав­ливая перед электрофильтрами дополнительную газоочистительную аппа­ратуру) или снижают скорость поступающего газа, уменьшая нагрузку электрофильтра.

Частицы жидкости обладают относительно невысоким удельным элек­трическим сопротивлением и обычно хорошо смачивают поверхность электрода. Поэтому они быстро отдают электроду свой заряд и стекают по его поверхности.

Электрофильтры работают только на постоянном токе, так как при переменном токе заряженные частицы, испытав ряд импульсов, направляющих их то в одну, то в другую сторону, могут быть вынесены из аппарата ранее, чем они успевают достичь поверхности осадительного электрода.

Устройство электрофильтров. Установка для электрической очистки газов включает обычно электрофильтр и преобразовательную подстанцию с соответствующей аппаратурой. Для питания установки выпрямленным гоком высокого напряжения используют электрические агрегаты (рис. У-51), состоящие из регулятора напряжения 1, трансформатора 2, повышающего напряжение переменного тока с 380/220 в до 100 кв, и высоковольтного зыпрямителя 3. После выпрямителей ток подводится к электродам 4 и 5 электрофильтра 6. Корпус электрофильтра обычно имеет прямоугольную