Електрофилтриране в индустрията

Основни конструктивни елементи на електрофилтрите са корониращ и утаителен електроди. Корониращият електрод най-често представлява тънка метална жица, която е предназначена да йонизира преминаващия газов поток и да участва в създаването на електрическо поле. Предназначението на утаителния електрод е да улови праховите частици.

Процесът на прахова сепарация в електрофилтрите преминава през няколко етапа. Първоначално в електрофилтъра се създава електрическо поле, последвано от появата на електрически заряди. Те зареждат електрически праховите частици, съдържащи се в преминаващия през филтъра газов поток. Заредените прахови частици се придвижват до утаителния електрод, където се отлагат. Натрупаният върху утаителния електрод прах се отстранява посредством използването на стръскваща система и се събира в бункер. Процесът на прахова сепарация завършва с разтоварването на бункера.

Високата ефективност на електрофилтрите се дължи именно на описания принцип на улавяне на частиците, базиран на действието на електростатичните сили. В зависимост от формата на използваните утаителни електроди, електрофилтрите се определят като тръбни и пластинчати. Както бе изяснено в първата част на статията, и двата вида филтри могат да работят като мокра или суха система.

Обикновено утаителните електроди на тръбните електрофилтри са с диаметър от 50 до 200 mm, а дължината им е от 2 до 5 m. Скоростта на газовия поток през електрофилтъра е от 1 до 2 m/s. С цел осигуряване на по-голям дебит на очиствания газ, този вид електрофилтри се изграждат от множество паралелно монтирани тръбни елементи. Тръбните електрофилтри се отличават с висока ефективност, но регенерацията им е трудна, особено при сухите системи.

Пластинчатите електрофилтри, които са сравнително по-често срещани в практиката, се използват за очистване от прах на хоризонтални газови потоци. Изграждат се от жичен корониращ електрод и плосък утаителен електрод. Корониращите електроди могат да се изработят с различна форма на напречното сечение, например ромбоидна, кръгла и т.н. Средната скорост на отпадъчните газове през корониращите електроди обикновено е от 1 до 2,5 m/s.

За осъществяване на процеса на прахоулавяне утаителният и корониращият електрод са с противоположни заряди. В електрофилтърни системи с индустриално приложение корониращият електрод е отрицателен, а утаителният положителен. Причината е в по-добрата волт-амперна характеристика на това решение. Електрофилтрите разполагат с електрозахранваща система. За отстраняване на праховите частици от утаителния електрод се използва стръскваща система. Наложила се е механично-стръскващата система, която се използва за почистване, както на утаителните, така и на корониращите електроди. Отстранените от електродите прахови частици се събират в бункери, разположени в основата на филтъра. Корпусът на електрофилтъра се конструира с оглед постигане на възможно най-лесното постъпване на прахогазовия поток в него и предпазване на електродите.

Създаването на електрическо поле в електрофилтрите се дължи на приложеното към електродите надкритично напрежение. Електрическото поле е с най-голяма напрегнатост близо до повърхността на зареждащия (отрицателния) електрод. Свободните електрони, напускащи този електрод, са ускорени до такава степен, че избиват електрони от външната обвивка на неутралните газови молекули, като ги превръщат в положителни йони и нови свободни електрони, които водят до последваща нова йонизация. Този процес протича лавинообразно. Тъй като ускорението на електроните е в пряка зависимост от напрегнатостта на електрическото поле, то с отдалечаването от корониращия електрод напрегнатостта на електрическото поле пада, а следователно намалява и скоростта на йонизационния процес.

В електрофилтрите с отрицателна корона са в сила три начина за пренасяне на електрическия заряд - чрез електрони, отрицателни газови йони и заредени прахови частици. Свободните електрони могат директно да атакуват праховата частица, което води до електрическото й зареждане и създава условия за придвижването й към утаителния електрод. От друга страна, електроните могат да бъдат адсорбирани от неутрални газови молекули, които се превръщат в отрицателни йони. Отрицателните йони при сблъсък с праховите частици ги зареждат с отрицателен заряд и предизвикват придвижването им към утаителния електрод.

Характерна специфика на електрическите филтри е появата на т.нар. електрически вятър. Появата му е следствие на движението на неутралните газови молекули към положителния електрод. Това движение е провокирано от триенето между неутралните молекули и заредените прахови частици. В зависимост от посоката си, електрическият вятър би могъл да оказва положително или отрицателно влияние върху процеса на прахоулавяне. Ако посоката му е към корониращия електрод, електрическият вятър пречи, докато ако е към утаителния, подпомага процеса на електроулавяне.

Следователна, попадналите в електрическото поле на електрофилтъра прахови частици придобиват електрическия си заряд в резултат на въздействието на механизмите на дифузионното и ударното зареждане.

Утаяването на газовите йони и електроните върху праховите частици при тяхното топлинно движение се нарича дифузно зареждане. Процесът се дължи на брауновото движение на йоните. При дифузното зареждане на праховите частици основни фактори, оказващи влияние върху ефективността на прахоулавянето, са броят на йоните и подвижността им, която зависи температурата и продължителността на времето за протичане на процеса.

Миграционната скорост е специфична характеристика на даден вид прах, тъй като стойността й се отнася само за отделна частица с определени качества. Миграционната скорост зависи от няколко групи от фактори, свързани с характеристиките на електрическото поле, например напрегнатост, на отрицателната корона и на обратната (положителната) корона, електрическия вятър и праховото съпротивление, качествата на праховите частици и на газови поток, както и спецификите на конструкцията на електрофилтъра.

Теоретично е трудно да се дадат достатъчно точни данни за миграционната скорост. Затова в практиката при пресмятане на електрофилтри за улавяне на определен вид прах се използват данни, получени от практиката. Например за цинков прах миграционната скорост се приема за равна на около 2 - 3 сm/s, за калциев карбонат 4-5 сm/s, за алуминиев хлорид 5-6 сm/s, за газове от пещи за кафяви, черни и антрацитни въглища - 2-11 сm/s. Обикновено за по-голяма част от промишлените електрофилтри миграционната скорост е от порядъка на няколко сm/s.

На базата на теоретични изчисления е доказано, че миграционната скорост намалява с нарастване на температурата на отпадъчния газ. При нарастване на диаметъра на праховите частици, миграционната скорост също се увеличава. При промяна на коефициента на обратната корона от 1 до 0 миграционната скорост намалява до нула. Следователно, при постъпването си в електрофилтъра, запрашеният газ трябва да бъде с подходяща температура. Също така появата на обратна корона е нежелателна.