Оптимизация распределения газов в электрофильтре

Газ, поступивший в электрофильтр, должен быть равномерно распределен по его сечению. Кроме того, он должен миновать полуактивные и неактивные зоны.
Снижение степени очистки газа на участке, где скорость его выше средней, не компенсируется повышением степени очистки на другом участке, где скорость газа ниже средней его величины. Это обусловлено нелинейной зависимостью степени очистки газов от скорости.
В полуактивных зонах электрическое поле ослаблено по сравнению с полем в межэлектродном пространстве и степень очистки там, естественно ниже.
В неактивных зонах электрического поля нет. Улавливание пыли под действием электрического поля в них отсутствует. Некоторое улавливание пыли в неактивных зонах электрофильтра происходит, например, под действием гравитационных сил.
Для того, чтобы рационально расходовать затраты на повышение эффективности электрофильтра, необходимо иметь возможность оценить с приемлемой точностью величину потери эффективности от каждого вида причин.
Идеально-равномерного газораспределения на входе в электрофильтрах, также как и полного отсутствия перетоков через полуактивные и неактивные зоны добиваться, естественно, не требуется. Это было бы слишком дорого. Необходимо лишь определить те диапазоны, до которых должны быть снижены выбросы пыли из-за этих факторов, чтобы электрофильтр удовлетворял предъявляемым к нему требованиям.
Для ориентировочного определения влияния качества газораспределения на степень очистки газов может быть использована следующая, зависимость
(4.25)
где: h ₁ - степень очистки газов в сечении “I” на входе в активную зону электрофильтра, где скорость измерена анемометром;
h ф - общая (средняя) степень очистки газов в электрофильтре, полученная при измерениях для всего электрофильтра;
Vcp, V1 - средняя скорость и скорость газа для сечения “1”
Количество участков и скорость в них могут быть определены путем снятия полей скоростей на воздухе.
Рассчитав h ₁ для всех участков, можно определить h _ср для всего электрофильтра. Для этой цели можно, например, предварительно определить запыленность на входе каждого участка. При этом запыленность на входе в первом приближении можно принимать одинаковой. В дальнейшем она условно принята равной единице.
Рассмотрим сказанное на примере. Пусть имеется электрофильтр со следующим газораспределением на входе в активную зону, (см. табл. 4.8.)
Таблица 4.8.

В таблице 4.8. -1, 2, 3, 4 - участки со скоростями газов соответственно 1,3; 0,7; 1,2; 0,8м/с, h _ср = 0,99.
Рассчитаем теперь по формуле (4.25) степень очистки газов в таком электрофильтре:




Выходная запыленность на участках 1-4, рассчитанная по формуле Z_вых= Z_вх(1-h ₁) составит соответственно: 0,289; 0,015; 0,215; 0,032, а среднее значение выходной запыленности составит 0,138 г/м³. Если же в этом электрофильтре будет равномерное газораспределение, то h _ср = 0,99, при Vcp = 1 м/с, а выходная запыленность составит 0,1 г/м³.
Таким образом, за счет газораспределения выходная запыленность может быть снижена в данном примере в 1,38 раз. Для получения более точных результатов расчетные формулы должны быть уточнены.
Так, например, вместо формулы (4.25) может быть применено более точное выражение:
(4.26)
где: W₁ и W_ср - скорость дрейфа частиц при скоростях газа соответственно V₁ и V_ср.
Зависимость W = f(V_r) должна быть получена экспериментально для конкретного электрофильтра, или рассчитана на ЭВМ с применением достаточно сложных программ.
Аналогичные результаты можно получить используя формулу Дэйча, но для этого необходимо в расчете учитывать кроме величины скорости дрейфа еще и геометрические параметры электрофильтра.
Наиболее точный учет изменения степени очистки газов по причине неравномерности потока газа на входе в электрофильтр приводится И.Е. Идельчиком [22], где также изложены физические процессы при газораспределении и способы выравнивания потоков.
Проанализируем влияние полуактивных и неактивных зон на общую степень очистки газов в электрофильтре. Будем рассматривать электрофильтр, состоящим из трех параллельно соединенных секций. Поперечное сечение равно, соответственно, сечению активной, полуактивной и неактиной зон. Длина каждой из них равна длине активной части электрофильтра. Пусть в каждой из этих секций входная концентрация пыли Z_вх. Степень очистки газов для активной, полуактивной и неактивной зон: h ₁; h ₂; h ₃.объемы очищаемых газов: Q₁; Q₂; Q₃. Выходные концентрации пыли: Z_вых.1; Z_вых.2; Z_вых.3.
Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₀ = 100 %
С учетом принятых допущений, при сохранении количества газов в каждой секции, общая степень очистки газов (h ₀) составит:
(4.27)
В то же время (4.28)
Откуда
(4.29)
Влияние каждой из рассматриваемых зон можно проиллюстрировать с помощью таблицы 4.9., рассчитанной по формулам (4.27 и 4.29), где условно приняты следующие значения степени очистки газов:
h ₁=0,999; h ₂=0,8; h ₃=0,4
Таблица 4.9

Из таблицы следует.например, что уменьшение количества газов, проходящих через полуактивную и неактивную зоны в два раза, приводят к сокращению выбросов также почти в два раза.
Таким образом, используя формулы (4.27 и 4.29) можно в конкретном электрофильтре оценить влияние неактивных и полуактивных зон, для чего необходимо определить, например, на чистом воздухе с помощью анемометра количество газов в этих зонах, а при работе электрофильтра запыленность на выходе из этих зон.