Параметры активной зоны электрофильтров.

Под активной зоной электрофильтра понимается пространство между коронирующими и осадительными электродами. В активной зоне идет процесс улавливания частиц.
Универсальность применения электрогазоочистки - (способность улавливать любые частицы) очень часто рассматривается, как возможность очищать любые газы в электрофильтрах одной и той же конструкции.
При проектировании установок газоочистки нередко подбирают электрофильтр, не учитывая свойств пылегазовой среды, что приводит к неоправданному занижению или завышению его типоразмера.
Конкретный типоразмер активной зоны электрофильтра для какого-либо передела обычно выбирают исходя из количества газов, подлежащих очистке. При этом считается, что физико-химические свойства пыли учитываются величиной эффективной скорости дрейфа. Однако необходимо иметь в виду, что конкретная конструкция активной зоны должна учитывать не только его габариты, (высоту электродов, длину и количество полей и полуполей) но также физико-химические свойства пылегазового потока и улавливаемых частиц.

Характер экспериментальных зависимостей эффективной скорости дрейфа (Wдр) от скорости газов (Vг) в активной зоне электрофильтра.

Одним из основополагающих положений при выборе конструктивных элементов и габаритов электрофильтра является определение той оптимальной величины скорости газов, при которой величина эффективной скорости дрейфа будет наибольшей. Сказанное можно пояснить с помощью Рис. 4.10, где приведен характер экспериментальных зависимостей Wэф=f(Vr). Пыли с высоким и низким удельным электрическим сопротивлением пыли (УЭС). Пыли с умеренным УЭС пыли.

Для эффективной работы электрофильтра принципиальное значение имеет оптимальный подбор геометрических параметров электродной системы.

К оптимизируемым параметрам электродной системы обычно относят (Рис.4.11.) расстояние между коронирующими и осадительными (Н), расстояние (d) между коронирующими элементами в ряду, высоту коронирующих игл (hи) и расстояние (L) между иглами по длине коронирующего элемента, ширину (b) ленты коронирующего элемента.

Одним из определяющих параметров активной зоны является соотношение d=f(Н). Эти зависимости, полученные из условия максимальной величины тока короны и наибольшей равномерности напряженности электрического поля (4,5) приведены на Рис.4.12.

Отношение d/H находится в диапазоне 1,6 ¸ 0,5, среднее значение близко к единице. В настоящее время электрофильтры изготавливаются с расстоянием между одноименными электродами 2H=275, 300, 350, 400, 460 мм. Ведутся исследования пилотных и промышленных установок с межэлектродным расстоянием 2Н до 1200мм.

Исследования, выполненные в Семибратовском филиале НИИОГАЗ на опытно-промышленном электрофильтре, показали, что увеличение межэлектродного промежутка приводит к возрастанию рабочего напряжения U и скорости дрейфа частиц w, а удельный ток короны I_к падает. Увеличение межэлектродного расстояния приводит к некоторому возрастанию количества пыли в газах на выходе из электрофильтра (Рис. 4.13., 4.14)

Рис.4.13. Зависимость удельного тока короны I2 и напряжения U2 от расстояния 2Н между осадительными электродами при скорости газового потока 1,5 м/с.	Рис.4.14. Зависимость скорости дрейфа W, концентрации пыли на выходе Zвых., степени очистки газов h от расстояния Н между осадительными электродами при скорости газового потока 1,5 м/с.

Анализ, выполненный на основании экспериментальных и теоретических исследований вторичного уноса, позволяет сделать ряд выводов об изменении величины составляющих уноса при изменении межэлектродного расстояния.
Проскок через активную зону электрофильтра, происходящий по причине недозаряда или нейтрализации частиц, при увеличении межэлектродного расстояния имеет тенденцию к увеличению.
Проскок через неактивные и полуактивные зоны при неизменных конструктивных решениях возрастает. Так, например, при увеличении межэлектродного расстояния с 300 до 350 мм. Величина неактивных и полуактивных зон в горизонтальном электрофильтре возрастает примерно на 17%.
Это приводит к увеличению проскока и соответствующему увеличению суммарных выбросов в соответствии с формулами раздела 4.1.5.
Для снижения этого вида уноса необходима разработка соответствующего типа газоотражательных устройств.
Унос пыли с осадительных электродов при встряхивании обратно пропорционален интервалу встряхивания и выражается следующей формулой:
(4.12)
Параметры Q, Z_вх, h_n, m₀ – технологические, изменением величины h_n можно пренебречь для современных высокоэффективных электрофильтров.
При этих условиях величина S_n снижается обратно пропорционально увеличению межэлектродного расстояния и, следовательно, приводит к соответствующему увеличению DР_встр.. Кроме этого, увеличение частоты встряхивания, естественно, приводит к уменьшению срока службы узлов встряхивания.
Для компенсации увеличения уноса пыли при встряхивании может быть использован, например, метод изменения величины встряхивающего импульса – чередование серии слабых импульсов, при которых унос минимален, с ударами максимального импульса, при которых осуществляется наибольшее отделение пыли от поверхности осадительных электродов. Здесь может быть использовано устройство регулирования ударного импульса, например, [7] или снижение (кратковременное отключение) питающего напряжения в момент отряхивания.
Сильно действующим фактором, влияющим на степень очистки газов в реальном электрофильтре, является величина децентровки электродов.
На практике достижимая величина напряженности в значительной мере зависит от точности центровки коронирующих электродов, нарушение которой влечет за собой снижение пробивного напряжения и как следствие этого – уменьшение напряженности поля, скорости дрейфа и, в конечном итоге, степени очистки газов. Влияние величины расцентровки на указанные параметры характеризуется данными, приведенными в таблице 4.1., расчитанными исходя из условия, что пробои происходят при напряженности поля, равной 3 кВ/см.

Таблица 4.1. Расчетная зависимость параметров работы электрофильтра от величины расцентровки электродов.

Из таблицы следует, что уменьшение межэлектродного расстояния, хотя бы в одном месте каждого поля за счет, например, расцентровки на 1 см., приводит к снижению степени очистки газов на 1%, что при исходной эффективности 99% соответствует увеличению выбросов в два раза. Если же за счет расцентровки пробивной промежуток уменьшится на 3 см., то результаты будут катастрофическими: степень очистки газов уменьшится на 10%, а выбросы возрастут в одиннадцать раз. Электрофильтр будет работать на уровне инерционного пылеуловителя. Для примера укажем, что в электрофильтре ЭГ3-3-117 общая длина коронирующих электродов составляет 49 тыс. м. Ни один из участков этих элементов не должен отклониться от своего положения более чем на 5 мм.
Понятно, что одна и та же величина децентровки будет оказывать различное влияние при изменении межэлектродного расстояния.
При допущении пропорциональности скорости дрейфа квадрату величины напряженности электрического поля были выполнены расчеты и построена зависимость степени очистки газов h и выходной концентрации частиц Z_вых.·Q_д от величины децентровки электродов D (Рис. 4.15)
Из полученных данных следует, что увеличение Z_вых. из электрофильтра при D = 30 мм. и Н = 175 мм. происходит на 300, а при Н = 150 мм. – на 450 усл. единиц.

При этом разница в снижении степени очистки составляет 1,4%. Из приведенных зависимостей видно, что одна и та же величина децентровки электродов приводит к меньшему снижению степени очистки газов при большем межэлектродном расстоянии. Таким образом, при неизменном качестве монтажа электрофильтров увеличение межэлектродного расстояния позволяет снизить относительную величину децентровки и существенно повысить пробивные относительные напряжения и, следовательно, увеличить степень очистки газов.
Исследованиями НИИОГАЗ показано, что при увеличении межэлектродного расстояния в электрофильтре путем рационального выбора коронирующих электродов с соответствующим напряжением зажигания, можно повысить напряженность у поверхности осадительного электрода, если в базисном аппарате не достигнуто ее максимальное значение [8].
В США на пилотной установке для очистки газов производительность 3,8 м³/с проведено исследование влияния расстояния между электродами на эффективность работы электрофильтров при следующих параметрах:
температура газа, ⁰С……………………………….400
влажность, %………………………………………..10
содержание пыли, г/м³……………………………..40
расстояние между электродами, мм……..200 ¸ 1200
поток газа …………………………..горизонтальный

Проведено также обследование промышленных электрофильтров производительностью от 20 до 363 м/с, в результате которого получены зависимости между эффективной скоростью дрейфа, эффективностью очистки, рабочим напряжением и межэлектродным расстоянием [9].
Установлено, что увеличение расстояния между электродами оказывает благоприятное воздействие на эффективность очистки в электрофильтре при высоком напряжении и наличие возможности стабильной работы технологического агрегата. Вследствие этого увеличение межэлектродного расстояния до 400... 600 мм. целесообразно при сравнительно небольших концентрациях пыли. В противном случае более эффективна двухступенчатая очистка с установкой на первой ступени стандартных электродов с небольшим межэлектродным расстоянием.
Следует заметить, что при очистке сильно запыленных газов в кивцетном производстве в семидесятых годах в СССР были получены положительные результаты при испытании малогабаритного электрофильтра с изменяющимся межэлектродным расстоянием по полям.
Очевидно, что для определения границ применяемости электрофильтров с увеличенным межэлектродным расстоянием должны учитываться не только условия улавливания частиц, но также и экономические аспекты.