Курсовая работа по системе защиты среды обитания

Подождите немного. Документ загружается.

Лист

поверхности большое число свободных электронов, отбрасываемых затем

сильным электрическим полем в сторону осадительных заземленных электродов.

Описываемый процесс сосредоточен в узкой области вокруг

коронирующего электрода, называемой чехлом короны. В то время как

образующиеся положительные ионы сразу же устремляются к отрицательному

коронирующему электроду и потому обычно не выходят из области,

ограниченной чехлом короны, свободные электроны вылетают из чехла во

внешнюю область короны, характеризующуюся пониженными значениями

напряженности электрического поля. Поскольку эти электроны являются

носителями отрицательных зарядов, то при их встрече и соединении с

нейтральными молекулами газа, т.е. при так называемом прилипании свободных

электронов к молекулам газа, образуются отрицательные ионы.

Если допустить, что все свободные электроны прилипнут к нейтральным

молекулам, то для случая коронного разряда в чистом (незапыленном) газе ток

отрицательной короны определится как поток отрицательных ионов, движущийся

в объеме межэлектродного канала.

Подвижность ионов можно считать прямо пропорциональной абсолютной

температуре газов и в пределах возможных изменений давления в промышленных

электрофильтрах обратно пропорциональной давлению газа.

Отрицательные ионы, заполняющие межэлектродный канал, создают

между коронирующими и осадительными электродами пространственный

(объемный) заряд, препятствующий дальнейшему развитию процесса ионизации в

чехле короны. Таким образом, стабилизируется по току процесс коронного заряда

при заданной величине рабочего на коронирующем электроде. Однако при

дальнейшем повышении рабочего напряжения ионизация в чехле короны вновь

растет и соответственно растет ток короны. В конце концов при некотором

предельном значении рабочего напряжения объемный заряд уже не может

ограничить ток короны, и происходит переход коронного разряда в искровой

пробой. Опыт показывает, что для эффективной работы электрофильтра

целесообразно поддерживать рабочее напряжение на уровне предпробойного

режима, то есть на уровне появления ограниченного по интенсивности искрения.

Сложность процессов в электрофильтре не позволяет непосредственно

использовать для расчета промышленных электрофильтров простейшие

зависимости электростатики.

1.3 Осаждение заряженных частиц

Заряженная частица, двигаясь в электрофильтре вместе с газовым

потоком, одновременно участвует и в другом движении – в результате

взаимодействия с электрическим полем, она перемещается к осадительному

электроду. Величина этой составляющей (перпендикулярной к продольной оси

межэлектродного канала), обычно называемой дрейфом частицы, может быть

Лист

найдена как результат взаимодействия электрических (кулоновских) сил,

действующих на частицу, и аэродинамической силы сопротивления газовой среды

движению частицы.

Инерционными силами частицы ввиду их очевидной малости при расчетах

обычно пренебрегают.

Время, за которое очищаемый газ проходит электрофильтр, колеблется

обычно от нескольких до 10 - 15 секунд, и крупные частицы в случае

горизонтального движения газа в активной зоне имеют возможность осесть в

бункере аппарата под действием гравитационных сил. Поэтому даже при снятом с

коронирующего электрода напряжении в бункера электрофильтра может попадать

до

30 % от общей массы находившейся в газе пыли. Однако при расчетах

электропылеулавливания этот эффект от действия гравитационных сил обычно не

учитывается, так как правило, большой заряд и поэтому почти полностью

улавливаются в электрофильтре вне зависимости от того, содействуют ли их

улавливанию силы гравитации или нет. Что же касается мелких частиц, то

действием на них гравитационных сил пренебрегают, исходя из того, что в

условиях турбулентного перемешивания влияние на них незначительно.

Поток ионов, движущийся к осадительным электродам, увлекает в том же

направлении и часть молекул газа. Однако согласно условию соблюдения закона

неразрывности возникает и обратное движение молекул газа от осадительных

электродов к коронирующим. Таким образом, на движение газа вдоль

межэлектродного канала накладываются вторичные поперечные течения,

называемые электрическим ветром. Однако разгон молекул ионами достигает

сравнительно высокого уровня лишь в неподвижной газовой среде, когда

возможно возникновение устойчивых замкнутых циркуляционных потоков. В

условиях электрофильтров, где газовая среда движется вдоль межэлектродных

каналов и возникновение указанных замкнутых вторичных течений затруднено

(за исключением указанных областей у коронирующих электродов), прямое

воздействие электрического ветра на перемещение частиц обычно незначительно

и при расчетах не учитывается. Однако косвенное воздействие на движение

частиц электрический ветер оказывает тем, что дополнительно увеличивает

турбулизацию газового потока в электрофильтре.

Турбулентное состояние очищаемого потока оказывает значительное

влияние на процессы электропылеулавливания. Если бы в электрофильтре

существовало ламинарное течение газа, то для каждой частицы, вошедшей в

электрофильтр, можно было бы указать место ее выделения на осадительном

электроде. Значения начального положения частицы, скорости газа и скорости

дрейфа полностью предопределили бы при ламинарном течение газа конечное

положение выбранной частицы. Однако в случае турбулентного потока частицы

движутся под действием завихрений и пульсаций газа произвольным образом, и

поэтому можно лишь с той или иной степенью вероятности ожидать достижения

заданной частицей определенного участка осадительной поверхности. Более того,

Лист

нельзя даже утверждать, что заданная частица вообще выделится на каком-либо

участке поверхности осадительного электрода.

Таким образом, процесс электроосаждения в электрофильтре носит

вероятностный характер, определяемый турбулентностью очищаемого потока.

Кроме того, все чаще в последние годы указывается, что турбулентные

завихрения и пульсации приводят к повышению величины предельного заряда

мелких частиц, так как увеличивают вероятность прохождения этими частицами

области вблизи коронирующих электродов, где Е

больше, чем в других местах

электрофильтра.

В мокрых электрофильтрах пыль, оседающая на орошаемые водой

осадительные электроды, смачивается и уже не возвращается в газовый поток.

Однако в сухих электрофильтрах может происходить обратный переход осевшей

пыли снова в газовый поток (вторичный унос пыли). Особенно заметен процесс

при сбрасывании пылевого слоя в бункера электрофильтра, так как сбрасывание

обычно производится ударами по осадительным электродам с неизбежным при

этом интенсивным разрушением пылевого слоя. Однако в интервалах между

встряхиванием также существует вторичный унос за счет эрозии пылевого слоя.

Он может оказаться значительным из-за возникающей при некоторых условиях

перезарядке частиц в слое, а также при больших скоростях очищаемого газа.

Помимо очевидного осаждения пыли на осадительные электроды, имеет

место и осаждение частиц пыли на коронирующие электроды. Возникновение

этого процесса связано с тем, что возле коронирующего электрода возникает

большой градиент напряженности и крупные частицы, получающие

дополнительную форму заряда, стремятся приблизиться к коронирующему

электроду. Расстояние между плюсовым полюсом частицы и коронирующим

электродом оказывается меньше, чем между отрицательным полюсом частицы и

этим же электродом. В результате сила притяжения между плюсовым зарядом

электрода оказывается больше, чем отталкивающая сила между отрицательным

зарядом частицы и одноименным зарядом электрода.

Лист

2 Классификация электрофильтров

Стоит отметить, что установка с электрофильтром для очистки газов

состоит из двух частей: собственно электрофильтра – осадительной камеры, через

которую пропускаются газы, подлежащие очистке, и преобразовательной

подстанции с соответствующей аппаратурой. Конструкцию электрофильтров

конкретного назначения определяют технологические условия его работы: состав

и свойства очищаемых газов и содержащихся в них взвешенных частиц,

температура, давление газов, требуемая степень очистки и т.д.

Ввиду большого разнообразия конструкций электрофильтров они

классифицируются по целому ряду существенных признаков.

По числу зон для прохода газов электрофильтры делятся на две группы:

- однозонные, в которых зарядка и осаждение частиц происходит в одной

конструктивной зоне, где расположены коронирующие и осадительные системы

(рисунок 5);

- двухзонные, в которых зарядка и осаждение происходит в двух зонах, в

одной из них располагается коронирующая система-ионизатор, в другой –

осадительная система-осадитель (рисунок 6).

Лист

1 – высоковольтные проволоки для коронного разряда: 2 – осадительные

пластины; 3 – коронный разряд вдоль проволоки; 4 – заземление; пыль, собранная

на пластинах.

Рисунок 5 – Схема однозонного электрофильтра

1,2 – положительные и отрицательные электроды ионизатора, 3.4 - –

положительные и отрицательные электроды осадителя.

Рисунок 6 – Принципиальная схема двухзонного электрофильтра

По конструкции осадительных электродов в основном делятся по типу

применяемых в них осадительных электродов на пластинчатые и трубчатые

(рисунок 7).

Лист

Трубчатые электрофильтры – аппараты с вертикальным входом газов.

Подлежащие очистке газы отводятся через трубчатые осадительные электроды,

заключенные в общий каркас. Их применяют преимущественно для улавливания

жидкости. В трубчатых электрофильтрах в качестве осадительных электродов

используют цилиндрические трубы диаметром 0,25...0,3 мм шестигранные

(сотовые) с диаметром вписанной окружности 0,25 м. Длина труб 3...5 м.

1 - бункер; 2 - камера поступающего газа; 3 - осадительный электрод; 4 -

коронирующий электрод; 5 - камера уходящего газа, 6 - рама подвеса корони-

рующих электродов, 7 - изолятор; 8 - механизм встряхивания электродов; 9 -

заземление, 10 - нижняя рама коронирующих электродов, 11- груз.

Рисунок 7 - Схема трубчатого электрофильтра:

Пластинчатые электрофильтры – аппараты с осадительными электродами

в виде пластин, расположенных на расстоянии друг от друга. Между пластинами

размещены коронирующие электроды, укрепленные на рамах. В пластинчатых

электрофильтрах осадительные электроды выполняют в виде гладких пластин

или набирают из прутков диаметром 8 мм, если скорость газа не превышает 1 м/с

(рисунок 8). При более высоких скоростях газа (1,5... 1,7 м/с) осадительные

электроды набирают из штампованных элементов специального профиля. В

зависимости от типоразмера пластинчатого электрофильтра активная длина поля

составляет 1,5...4 м, а высота 4... 12 м.

1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды; 3 - корпус; 4 -

груз; 5 - рама осадительных электродов.

Лист

Рисунок 8 - Схема горизонтального трехпольного пластинчатого

электрофильтра

В зависимости от направления движения газов электрофильтры делятся на

вертикальные и горизонтальные. В одном корпусе электрофильтра можно

разместить несколько независимых, последовательно расположенных систем

электродов, такие электрофильтры называются по числу полей двух-, трех-,

четырех- и многопольными. Пластинчатые электрофильтры применяют для

улавливания жидких и твердых частиц.

Таблица 1 – Классификационные признаки электрофильтров

Признаки классификации Тип электрофильтра

По типу осадительных электродов Трубчатый, пластинчатый

По способу удаления осажденных

частиц с электродов

Сухой, мокрый

По направлению хода газа Вертикальный, горизонтальный

По количеству последовательных

электрических полей

Однопольный, многопольный

По количеству параллельных секций Односекционный, многосекционный

Однозонные электрофильтры подразделяются на следующие группы:

1) «сухие» горячие электрофильтры для очистки газов из обжиговых

печей, рассчитанные на работу при температуре до 423 °С;

2) «сухие» электрофильтры для очистки дымовых газов и др,

рассчитанные на работу при температуре до 250 °С;

3) «мокрые» электрофильтры для очистки неагрессивных газов;

4) «мокрые» электрофильтры для очистки холодных агрессивных газов;

5) «мокрые» электрофильтры для очистки горячих агрессивных газов.

Сухие горячие электрофильтры, предназначенные для тонкой очистки

обжиговых газов сернокислотных производств от огарковой пыли, нашли

применение в химической промышленности и цветной металлургии. Разработано

несколько типоразмеров: электрофильтры ВП (вертикальные пластинчатые) –

двухсекционные с корпусом из кирпича, используются для очистки газов,

отходящих при обжиге рядовых колчеданов и флотационных концентратов в

механических полочных печах.

Электрофильтры ОГ-3-20 и ОГ – 3 – 30 (огарковые горизонтальные) –

двухсекционные трехпольные с корпусом из кирпича.

Электрофильтры ОГ – 3 – 8, ОГ – 4 – 16 – односекционные трехпольные

или четырехпольные с корпусом стальным или из жаропрочного бетона.

К сухим электрофильтрам для работы при температуре газов 250 °С

относятся типы: ДВП – вертикальные; ДГП, ДГПН, ПГД и ПГДС -

Лист

горизонтальные; Ц – горизонтальные; УВП – вертикальные, СГ – горизонтальные,

ТС – вертикальные трубчатые.

Мокрые электрофильтры подразделяются на следующие типы: ДМ – для

тонкой очистки доменного газа; С – для очистки от смолы регенераторного и

коксового газов; ПГ и КПГ для очистки газов содового производства,

поступающих на карбонизацию.

Электрофильтры ДМ (рисунок 8) устанавливают после мокрых

скрубберов и турбулентных промывателей, рассчитаны на работу при

избыточном давлении 0,18 – 0,25 мН/м

(1,8 – 2,5 кгс/см

ДМ – вертикальный двухсекционный трубчатый аппарат в стальном

корпусе цилиндрической формы. Внутри корпуса между двумя трубными

решетками размещены осадительные электроды, выполненные из стальных

цельнотянутых труб с внутренним диаметром 233 мм.

Мокрые электрофильтры для очистки холодных агрессивных газов

разделяются на следующие типы: М – вертикальные трубчатые свинцовые без

корпуса с осадительными электродами в виде шестигранных сот. Применяются

для очистки газов от тумана Н

, окислов мышьяка и селена в производстве

контактной серной кислоты; ШМК – вертикальные трубчатые с осадительными

электродами в виде шестигранных сот, корпус стальной, футерованный.

Электрофильтры ШМК (рисунок 9) рассчитаны на работу под

напряжением и при температуре до 40 °С, устанавливаются после промывных

башен в две ступени. ШМК представляет собой вертикальный односекционный

однополый аппарат цилиндрической формы. Корпус стальной, внутри

футерованный кислотоупорным кирпичом по подслою из полиизобутилена.

Крышка стальная, защищенная листовым свинцом.

Лист

1— кислотоупорная футеровка; 2 — винипластовые осадительные

электроды; 3 — винипластовая опорная решетка; 4 — коронирующий электрод

звездообразного сечения; 5 — подвесные тяги; 6 — защитные коронирующие

диски; 7— изоляторные коробки; 8 — газораспределительные решетки

Рисунок 9 - Общий вид мокрого трубчатого электрофильтра типа ШМК

Двухзонные электрофильтры применяются для очистки вентиляционного

воздуха. Они отличаются от однозонных тем, что в последних процессы

ионизации газа с помощью коронного разряда и осаждения заряженных частиц

происходят в одном электрическом поле в одну фазу, в то время как в двухзонном

электрофильтре эти процессы разделены.

Лист

1 – дроссель; 2 – фланец; 3 – штуцер изоляторной коробки; 4 - изоляторная

коробка без подвода тока; 5 – изоляторная коробка с подводом тока; 6 – коллектор

питания водой непрерывной пленки; 7 – рама подвеса коронирующих электродов;

8 - коронирующие электроды; 9 – осадительные электроды; 10 – нижняя рама

коронирующих проводов; 11 – корпус аппарата; 12 - газораспределительная

решетка; 13 – газораспределительные лопасти; 14 – опора корпуса

электрофильтра.

Рисунок 8 - Мокрый» трубчатый электрофильтр типа ДМ для тонкой

очистки доменного газа с непрерывной промывкой осадительных электродов

Двухзонный электрофильтр состоит из ионизатора, представляющего

собой систему электродов, и осадителя с электродами пластинчатого типа, на

которых осаждается заряженная пыль.

Процесс очистки газов в двухзонном электрофильтре протекает

следующим образом: запыленные газы, попадая в аппарат, проходят через

ионизатор, состоящий из электродов в виде проводов, находящихся под высоким

напряжением, и чередующихся с ними трубок, присоединенных к отрицательному

полюсу выпрямителя электроагрегата. В ионизаторе между проводами и трубками

возникает коронный разряд и взвешенные частицы пыли получают

положительные или отрицательные заряды. В поле осадителя заряженные

частицы пыли оседают на пластины противоположного знака.

Двухзонные электрофильтры типов РИОН – 1,4 и РИОН – 2,7 снабжены

устройствами для автоматической очистки осадительных электродов от

улавливаемой пыли. В этих электрофильтрах система положительных пластин

осадителя смонтирована неподвижно на высоковольтных фарфоровых

изоляторах, а пакеты заземления отрицательных пластин укреплены на двух

бесконечных цепях, вращающихся на верхней и нижней звездочках и