تنظيف الغاز الكهربائي - الأساس المادي لتشغيل المرسبات الكهروستاتيكية
إذا قمت بتمرير غاز مغبر عبر منطقة عمل مجال كهربائي قوي ، فإن جزيئات الغبار نظريًا الحصول على شحنة كهربائية وسيبدأ في التسارع ، متحركًا على طول خطوط قوة المجال الكهربائي إلى الأقطاب ، متبوعًا بترسيب عليها.
ومع ذلك ، في ظل ظروف المجال الكهربائي المنتظم ، لن يكون من الممكن الحصول على تأين تأثير مع توليد أيونات الكتلة ، لأنه في هذه الحالة سيحدث بالتأكيد تدمير الفجوة بين الأقطاب الكهربائية.
ولكن إذا كان المجال الكهربائي غير متجانس ، فلن يؤدي تأين التأثير إلى انهيار الفجوة. يمكن تحقيق ذلك ، على سبيل المثال ، من خلال التقديم مكثف أسطواني مجوف، بالقرب من القطب المركزي ، حيث سيكون إجهاد المجال الكهربائي E أكبر بكثير من القطب الأسطواني الخارجي.
بالقرب من القطب المركزي ، ستكون شدة المجال الكهربي بحد أقصى ، أثناء الابتعاد عنه إلى القطب الخارجي ، ستنخفض القوة E أولاً بسرعة وبشكل ملحوظ ، ثم تستمر في الانخفاض ، ولكن ببطء أكبر.
من خلال زيادة الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية ، نحصل أولاً على تيار تشبع ثابت ، ومن خلال زيادة الجهد ، سنكون قادرين على ملاحظة زيادة في شدة المجال الكهربائي في القطب المركزي إلى قيمة حرجة وبداية الصدمة التأين بالقرب منه.
مع زيادة الجهد بشكل أكبر ، سينتشر تأين التأثير على مساحة كبيرة بشكل متزايد في الأسطوانة وسيزداد التيار في الفجوة بين الأقطاب الكهربائية.
نتيجة لذلك ، سيحدث تفريغ إكليلي سيكون توليد الأيونات كافياً لشحن جزيئات الغبار، على الرغم من أن الكسر النهائي للفجوة لن يحدث أبدًا.
للحصول على تفريغ إكليلي من أجل شحن جزيئات الغبار في الغاز ، ليس فقط المكثف الأسطواني مناسبًا ، ولكن أيضًا تكوين مختلف من الأقطاب الكهربائية التي يمكن أن توفر مجالًا كهربائيًا غير متجانس بينهما.
على سبيل المثال ، على نطاق واسع المرشحات الكهربائية، حيث يتم إنتاج مجال كهربائي غير متجانس باستخدام سلسلة من أقطاب التفريغ المركبة بين لوحات متوازية.
يتم تحديد الإجهاد الحرج والضغط الحرج الذي يحدث عنده الإكليل بسبب التبعيات التحليلية المقابلة.
في مجال كهربائي غير متجانس ، تتكون منطقتان بدرجات مختلفة من عدم التجانس بين الأقطاب الكهربائية. تعزز منطقة الهالة توليد أيونات إشارة معاكسة وإلكترونات حرة بالقرب من القطب الرفيع.
تندفع الإلكترونات الحرة ، جنبًا إلى جنب مع الأيونات السالبة ، إلى القطب الموجب الخارجي ، حيث تعطيه شحنتها السالبة.
يتميز الهالة هنا بحجم كبير ، ويمتلئ الفراغ الرئيسي بين الأقطاب الكهربائية بالإلكترونات الحرة والأيونات السالبة الشحنة.
في المرسبات الكهروستاتيكية الأنبوبية ، يتم تمرير الغاز المراد إزالته من خلال أنابيب عمودية بقطر 20 إلى 30 سم ، مع 2-4 مم قطب كهربائي ممتد على طول المحاور المركزية للأنابيب. الأنبوب عبارة عن قطب كهربائي جامع ، حيث يستقر الغبار المحاصر على سطحه الداخلي.
يحتوي المرسب اللوح على صف من أقطاب التفريغ تتركز بين الألواح ، ويستقر الغبار على الألواح.عندما يمر غاز مغبر عبر هذا المرسب ، يتم امتصاص الأيونات على جزيئات الغبار وبالتالي يتم شحن الجسيمات بسرعة. أثناء الشحن ، تتسارع جزيئات الغبار أثناء تحركها نحو قطب التجميع.
محددات سرعة حركة الغبار بالمنطقة الخارجية كورونا التفريغ هي تفاعل المجال الكهربائي مع شحنة الجسيمات وقوة الرياح الديناميكية الهوائية.
القوة التي تتسبب في تحرك جزيئات الغبار نحو القطب المجمع - قوة كولوم لتفاعل شحنة الجسيمات مع المجال الكهربائي للأقطاب… بينما يتحرك الجسيم نحو القطب التجميعي ، يتم موازنة قوة الكولوم النشطة بواسطة قوة سحب الرأس. يمكن حساب سرعة انجراف الجسيم إلى القطب المجمع عن طريق معادلة هاتين القوتين.
تتأثر جودة ترسب الجسيمات على القطب الكهربي بعوامل مثل: حجم الجسيمات ، وسرعتها ، والتوصيل ، والرطوبة ، ودرجة الحرارة ، وجودة سطح القطب ، وما إلى ذلك.لكن الأهم هو المقاومة الكهربائية للغبار. الأكبر مقاومة الغبار ينقسم إلى مجموعات:
غبار ذو مقاومة كهربائية محددة أقل من 104 أوم * سم
عندما يتلامس مثل هذا الجسيم مع قطب كهربائي موجب الشحنة ، فإنه يفقد شحنته السالبة على الفور ، ويكتسب على الفور شحنة موجبة على القطب. في هذه الحالة ، يمكن نقل الجسيم بسهولة بعيدًا عن القطب ، وستنخفض كفاءة التنظيف.
الغبار ذو المقاومة الكهربائية المحددة من 104 إلى 1010 أوم * سم.
يستقر هذا الغبار جيدًا على القطب ، ويتم التخلص منه بسهولة من الأنبوب ، ويعمل المرشح بكفاءة عالية.
غبار ذو مقاومة كهربائية محددة تزيد عن 1010 أوم * سم.
لا يتم التقاط الغبار بسهولة بواسطة المرسب الإلكتروستاتيكي. يتم إخراج الجسيمات المترسبة ببطء شديد ، وتصبح طبقة الجسيمات سالبة الشحنة على القطب أكثر سمكًا. تمنع الطبقة المشحونة ترسب الجسيمات الوافدة حديثًا. تنخفض كفاءة التنظيف.
الغبار ذو أعلى مقاومة كهربائية - المغنسيت والجبس وأكاسيد الرصاص والزنك ، إلخ. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت مقاومة الغبار أولاً (بسبب تبخر الرطوبة) ، ثم تنخفض المقاومة. عن طريق ترطيب الغاز وإضافة بعض الكواشف إليه (أو جزيئات السخام وفحم الكوك) ، يمكنك تقليل مقاومة الغبار.
عند دخول المرشح ، قد يلتقط الغاز بعض الغبار وحمله بعيدًا مرة أخرى ، وهذا يعتمد على سرعة الغاز وقطر قطب التجميع. يمكن تقليل الاحتباس الثانوي عن طريق الشطف الفوري للغبار العالق بالفعل بالماء.
خاصية الجهد الحالي للمرشح يتم تحديده من خلال بعض العوامل التكنولوجية.كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد تيار الهالة ؛ ومع ذلك ، ينخفض جهد التشغيل المستقر للمرشح بسبب انخفاض جهد الانهيار. الرطوبة العالية تعني انخفاض تيار الهالة. تعني سرعة الغاز الأعلى تيارًا أقل.
كلما كان الغاز أنظف - كلما ارتفع تيار الهالة ، زاد الغبار في الغاز - انخفض تيار الهالة. خلاصة القول هي أن الأيونات تتحرك أسرع بأكثر من 1000 مرة من الغبار ، لذلك عندما يتم شحن الجسيمات ، ينخفض تيار الهالة ، وكلما زاد الغبار الموجود في الفلتر ، انخفض تيار الهالة.
في حالة وجود غبار شديد (Z1 25 إلى 35 جم / م 23) ، يمكن أن ينخفض تيار الإكليل إلى الصفر تقريبًا وسيتوقف الفلتر عن العمل. وهذا ما يسمى قفل التاج.
ينتج عن الهالة المغلقة نقص الأيونات لتوفير شحنة كافية لجزيئات الغبار. على الرغم من أن التاج نادرًا ما ينغلق تمامًا ، إلا أن المرسب الكهروستاتيكي لا يعمل بشكل جيد في البيئات المتربة.
في علم المعادن ، غالبًا ما يتم استخدام المرشحات الكهربائية اللوحية ، والتي تتميز بالكفاءة العالية ، حيث تزيل ما يصل إلى 99.9٪ من الغبار مع استهلاك منخفض للطاقة.
عند حساب الفلتر الكهربائي ، يتم حساب أدائه وكفاءة التشغيل واستهلاك الطاقة لتكوين الهالة وكذلك تيار الأقطاب الكهربائية. يتم العثور على أداء المرشح حسب مساحة القسم النشط الخاص به:
معرفة مساحة القسم النشط من الفلتر الكهربائي ، يتم اختيار تصميم مرشح مناسب باستخدام جداول خاصة. للعثور على كفاءة الفلتر ، استخدم الصيغة:
إذا كان حجم جزيئات الغبار يتناسب مع متوسط المسار الحر لجزيئات الغاز (حوالي 10-7 م) ، فيمكن معرفة سرعة انحرافها بالصيغة:
تم العثور على سرعة الانجراف لجزيئات الهباء الجوي الكبيرة من خلال الصيغة:
يتم إنتاج كفاءة المرشح لكل جزء غبار بشكل منفصل ، وبعد ذلك يتم تحديد الكفاءة الإجمالية للمرسب الكهروستاتيكي:
تعتمد شدة تشغيل المجال الكهربائي في المرشح على بنائه ، والمسافة بين الأقطاب الكهربائية ، ونصف قطر أقطاب الإكليل وحركة الأيونات. يتراوح نطاق جهد التشغيل المعتاد لمرشح كهربائي من 15 * 104 إلى 30 * 104 فولت / م.
لا تُحسب خسائر الاحتكاك عادةً ، ولكن يُفترض ببساطة أنها 200 باسكال. تم العثور على استهلاك الطاقة لتكوين الهالة من خلال الصيغة:
يتم إنشاء التيار عند جمع الغبار المعدني على النحو التالي:
تعتمد مسافة القطب الكهربائي للفلتر الكهربائي على بنائه. يتم اختيار طول أقطاب التجميع اعتمادًا على الدرجة المطلوبة لتجميع الغبار.
لا تُستخدم المرسبات الكهروستاتيكية عمومًا لالتقاط الغبار من العوازل النظيفة والموصلات النظيفة. تكمن المشكلة في أن الجسيمات عالية التوصيل يتم شحنها بسهولة ، ولكن يتم إخراجها أيضًا بسرعة عند القطب الكهربي المجمع ، وبالتالي يتم إزالتها على الفور من تيار الغاز.
تستقر الجزيئات العازلة على قطب التجميع ، وتقلل من شحنتها وتؤدي إلى تكوين الإكليل العكسي ، مما يمنع الفلتر من العمل بشكل صحيح. محتوى غبار التشغيل العادي للمرسب الإلكتروستاتيكي أقل من 60 جم / م 23 ، ودرجة الحرارة القصوى التي تستخدم عندها المرسبات الكهروستاتيكية هي +400 درجة مئوية.
راجع أيضًا حول هذا الموضوع:
المرشحات الكهروستاتيكية - الجهاز ، مبدأ التشغيل ، مجالات التطبيق