|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Коронный разряд и зарядка аэрозольных частиц в электрическом полеЗарядка частиц происходит в электростатическом поле коронного разряда, создаваемом в межэлектродном пространстве электрофильтра. Возможны следующие механизмы получения заряда частицей: 1) зарядка за счет осаждения на поверхности частицы ионов из объема газа, окружающего частицу; 2) зарядка путем электростатической индукции. Электростатическое поле характеризуется величиной и распределением напряженности. Напряженность в данной точке пространства численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку. Если в данную точку помещен заряд, отличающийся от единичного в q раз, то напряженность поля будет равна: , где Fc – сила, действующая на этот заряд. Напряженность поля в пространстве, заполненном диэлектриком, меньше, чем в вакууме, из-за поляризации диэлектрика электрическими силами поля. Относительная диэлектрическая проницаемость – это величина, показывающая, во сколько раз напряженность поля меньше в диэлектрике, чем в вакууме. Для газов e близко к единице (например, для воздуха e = 1,00059 при 18 °С). Электрическое поле неоднородно (за исключением случаев, когда оно образуется равномерно заряженной бесконечно большой плоскостью или рядом параллельно расположенных бесконечно больших плоскостей), т. е. величина напряженности в поле обычно является функцией координат рассматриваемой точки пространства. Напряженность поля равномерно заряженного бесконечно длинного цилиндра (в вольтах на метр): , (10.4.1.1) где r – расстояние от точки, в которой определяется напряженность, до оси данного цилиндра; q' – заряд, приходящийся на единицу длины цилиндра; e0 – электрическая постоянная, e0 = 8,85 10–12 Кл2/н м2. Напряженность поля равномерно заряженной сферы в вольтах на метр: , (10.4.1.2) где r – расстояние от точки, в которой определяется напряженность, до центра данной сферы. Следовательно, вблизи заряженных тел с малым радиусом кривизны возникают большие напряженности поля, а при удалении от них напряженность резко падает. В результате создается высокая степень неоднородности поля. Аналогично заряженный полусферический конец острия или натянутый провод обеспечивают создание большой неоднородности поля в электрофильтре. Высокая неоднородность поля используется для создания коронного разряда между коронирующими и осадительными электродами. Отрицательные последствия высокой неоднородности поля связаны с возможностью возникновения разряда пробоя в не предусмотренных для этого местах аппарата, в частности при короблении или прогибе элементов конструкций, неправильном монтаже и в других случаях. Возникающие при этом пробои резко снижают эффективность работы электрофильтра или вообще исключают возможность ее эксплуатации. Отсюда возникает естественное требование к конструкции корпуса и электродной системе электрофильтра – обеспечить необходимую жесткость и устойчивость всех элементов аппарата как при его монтаже, так и при его эксплуатации. В табл. 10.4.1.1 приведены различные варианты конструкций, элементы которых, расположенные на расстоянии d друг от друга, имеют разность потенциалов U. Во избежание паразитных искровых разрядов значения максимальной напряженности E м не должны достигать величины, соизмеримой с напряженностью, вызывающей разряд Коронный разряд образуется между коронирующими и осадительными электродами. При повышении напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, вблизи их поверхности быстро возрастает напряженность поля. Электроны под действием поля разгоняются и разбивают молекулы газовой среды на положительные и отрицательные ионы. При некотором критическом (или начальном) напряжении быстро ионизируется узкая область, примыкающая к коронирующему электроду (чехол короны). Интенсивная ионизация и соответствующая рекомбинация молекул вызывает слабое голубое свечение чехла короны, сопровождающееся потрескиванием и легким шипением. В случае отрицательной короны (здесь и далее положительная корона, практически не используемая в промышленных электрофильтрах, не рассматривается) коронирующий электрод имеет отрицательный потенциал, и положительные ионы, образующиеся в чехле, направляются к нему, отрицательные ионы образуют поток, движущийся к заземленному осадительному электроду через внешнюю область коронного разряда, т. е. через область, внешнюю но отношению к чехлу короны. Поток отрицательных ионов создает между коронирующими и осадительными электродами пространственный (или объемный) заряд, препятствующий дальнейшему развитию процесса ионизации в чехле короны. Таким образом, процесс коронного разряда при заданной величине рабочего напряжения на коронирующем электроде стабилизируется. Однако при дальнейшем повышении рабочего напряжения ионизация в чехле короны вновь растет, и в конце концов при некотором предельном значении рабочего напряжения происходит переход разряда в искровой пробой. Для эффективной работы электрофильтра целесообразно поддерживать рабочее напряжение на уровне предпробойного режима, т. е. на уровне появления ограниченного по интенсивности искрения.
Поток отрицательных ионов между коронирующими и осадительными электродами образует ток короны электрофильтра. Плотность тока короны: i = пеKЕ, (10.4.1.3) где п – количество отрицательных ионов; е – величина элементарного заряда; K – подвижность ионов; E – напряженность электрического поля. Подвижность ионов – это скорость, которую ион приобретает в электрическом поле при напряженности поля, равной 1 В/м, ее размерность м2/(В · с): , где Е – напряженность, В/м; w – скорость иона, м/с. Подвижность ионов можно считать прямо пропорциональной температуре газов и в пределах возможных изменений давления в промышленных электрофильтрах обратно пропорциональной давлению газа. Величина K характеризует влияние состава очищаемых газов на электрический режим электрофильтра. Ниже приведены значения подвижности отрицательных ионов (K · 104) при нормальных условиях в различных газовых средах, м2/(В · с):
Критическая напряженность поля, при которой возникает коронный разряд (эмпирическая формула Пика) вблизи поверхности коронирующего электрода, выполненного из гладкой проволоки, В/м: , (10.4.1.4) где b – отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях (T = 20 °С; р = 1,013 105 Па); r 0 – радиус сечения проволоки, м. Формула Пика предназначена для воздуха, но с некоторым приближением может применяться и для дымовых газов. Критическое напряжение для трубчатого электрофильтра с коронирующими электродами, выполненными из гладкой проволоки: , (10.4.1.5) где R – радиус трубчатого осадительного электрода, м; r 0 – радиус сечения проволоки, м. Критическое напряжение для пластинчатого электрофильтра с коронирующими электродами, выполненными из гладкой проволоки: , (10.4.1.6) где при 1 и d = при < 1; При необходимости расчета напряженности электрического поля пластинчатых электрофильтров, оборудованных сложными электродными системами, следует обращаться к специальной литературе [1]. Линейная плотность тока короны в трубчатом электрофильтре с коронирующим электродом из гладкой проволоки, А/м: , (10.4.1.7) где U – напряжение, приложенное к электродам, В; U кр – критическое напряжение, В, определяемое по формуле (10.4.1.5); R – радиус трубчатого осадительного электрода, м; K – подвижность ионов, м2/(В · с). Линейная плотность тока короны в пластинчатом электрофильтре с коронирующими электродами из гладкой проволоки (10.4.1.8) где U кр – критическое напряжение в пластинчатом электрофильтре, определяемое по формуле (10.4.1.6). Поток отрицательных ионов, перемещающихся от коронирующего электрода к осадительному, пересекает путь движения частиц пыли. Частицы при присоединении ионов получают соответствующий заряд. Такое присоединение, происходящее вследствие удара о частицу ионов, движущихся вдоль силовых линий поля, называется ударной зарядкой. Присоединение ионов, происходящее вследствие диффузии ионов к поверхности частицы, вызываемой градиентом концентрации ионов, называется диффузионной зарядкой. Оба механизма зарядки действуют совместно, однако для большинства частиц основной является ударная зарядка, и только в случае частиц диаметром менее 0,2 мкм преобладает диффузионная зарядка. Предельное значение заряда, получаемого частицей при ударной зарядке, Кл: , (10.4.1.9) где r ч – радиус частицы, м; E – напряженность электрического поля в области, где частица получает свой заряд, В/м; e – относительная диэлектрическая проницаемость частицы. Заряд, получаемый частицей при диффузионной зарядке, Кл: , (10.4.1.10) где K Б – постоянная Больцмана, Дж/град; Т – абсолютная температура, К; e – заряд электрона, e = 1,6 10–19 Кл; А – коэффициент, зависящий от времени зарядки и концентрации ионов в газе, при достаточно большом значении времени зарядки А 7. Для частиц диаметром > 2 мкм расчеты ведут по формуле (10.4.1.9); для частиц диаметром < 0,2 мкм –по формуле (10.4.1.10). Для частиц диаметром 0,2–2 мкм заряд определяют как сумму результатов расчетов по формулам (10.4.1.9) и (10.4.1.10). Величину e принимают:
Обычное время зарядки частиц на 90 % от предельного значения заряда составляет около 0,1 с; пребывание частиц в электрофильтре длится несколько секунд. Поэтому зарядка частиц в электрофильтре в основном происходит на небольшом входном участке активной зоны аппарата, и в расчетах обычно принимается, что пыль получает полный (предельный) заряд сразу при входе ее в электрофильтр. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.01 сек.) |