2tom008

I. URZĄDZENIA ELEKTROSTATYCZNE 18

3. Zjawiska zachodzące wskutek oddziaływania pola elektrycznego na ośrodki materialne, w tym na organizmy żywe, np. w przemyśle spożywczym i medycynie¹.

1.2. Elektrofiltry

1.2.1. Procesy fizyczne w elektrofiltrach

Zasada działania elektrofiltru polega na wykorzystaniu sil elektroforezy. Aby uzyskać efekt wytrącania w elektrofiltrze cząstek pyłu² z przepływającej strugi gazu muszą one uzyskać możliwie duży jednoimienny ładunek, przez przejmowanie ładunków od zjonizowanego w warstwie ulotowej gazu. Wartość ładunku cząstek pyłu zależy od wymiarów ziarn pyłu, ich przenikalności elektrycznej oraz elektrycznych parametrów pracy komór elektrofiltrów [1.2]; wartości maksymalne ładunków cząstek pyłu dla najczęściej spotykanych elektrycznych parametrów pracy elektrofiltrów podano w tabl. 1.1.

Tablica 1.1. Wartości maksymalne ładunku cząstek pyłu (w kulombach) w zależności od średnicy ziarna pyłu « i przenikalności elektrycznej względnej pyłu e, dla najczęściej spotykanych warunków pracy elektrofiltrów (o = 1,6-10“⁵ C-m ^J; E = ISO kV m '), wg [1.5]

a pm	0.2	1	2	10	20
2	3.2-10"^18	6,4 -10 '^1	2,56-10"^17	6,4-10"^14	2,56-10 ^15
4	3,2-10 ^18	K.48 • 10' •^1	3,4 -10"^17	8,5 -10 “	3,5-10 ^,s
cc	3.2-10 ^18	1,25 • 10“^17	5.0-10 ^17	1,2-10 ^15	5,0-10 ^15

Naładowane cząstki pyłu pod działaniem pola elektrycznego uzyskują prędkość skierowaną w, której średnią wartość określa w przybliżeniu relacja

(runa

(1.3)

gdzie: E — natężenie pola elektrycznego w przestrzeni międzyclektrodowcj, V-m^_1; ft — lepkość dynamiczna gazu, Pa-s; Q — ładunek elektryczny, C; a — promień cząstki, m.

Cząstki pyłu osiadają na elektrodach zbiorczych elektrofiltru, skąd następnie są usuwane. W zależności od sposobu usuwania pyłu elektrofiltry dzieli się na mokre i suche. Usuwanie pyłu w elektrofiltrach mokrych odbywa się przez ciągłe lub okresowe spłukiwanie elektrod. W elektrofiltrach suchych konieczne jest stworzenie warunków do koagulacji pyłu na elektrodach zbiorczych i wytwarzanie warstwy, którą następnie usuwa się w procesie strzepywania przez wymuszone drgania mechaniczne, wywoływane w odpowiednich odstępach czasu w zależności od stosowanego systemu strzepywania [1.6].

Proces odpylania zachodzi w przestrzeni między elektrodami zbiorczymi i ulotowymi. Elektrody zbiorcze mogą być wykonane w kształcie rur (elektrofiltry rurowe) lub płaszczyzn (elektrofiltry płytowe). Elektrody ulotowe są umieszczone w osi elektrod zbiorczych rurowych lub rozmieszczone pośrodku między płaszczyznami elektrod płytowych w określonych odstępach, połączone z ujemnym biegunem zasilacza i ukształtowane w sposób zapewniający powstanie w przestrzeni międzyelektrodowej pola elektrycznego niejednorodnego, umożliwiającego powstanie wyładowań ulotowych. Proces odpylania może zachodzić w jednym lub kilku stopniach. Liczbę stopni odpylania określa się zwykle jako strefy odpylania, przy czym kolejne strefy mają z reguły odrębne zasilanie wysokim napięciem i odrębny układ strzepywania elektrod.

W celu zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu odpylania w elektrofiltrze należy utrzymać na wymaganym poziomic następujące „wewnętrzne” elektryczne parametry pracy komór:

1. Natężenie i rozkład pola elektrycznego, które decyduje o wartości sił działających na cząstki pyłu (1.1) i (1.2), określa maksymalny ładunek cząstek grubych oraz wpływa na przebieg koagulacji pyłu na elektrodach zbiorczych. Średnią wartość natężenia pola (V nT ^l) przy stałym napięciu i ulocic o ujemnej biegunowości, gdy napięcia są znacznie większe od napięcia początkowego ulotu i przy niezbyt dużych stężeniach zapylenia, z dobrym przybliżeniem określają wzory:

— dla elektrofiltrów rurowych

— dla elektrofiltrów płytowych

1/2

(1.4)

(1.5)

ill

2r.„kjd

w których: i — natężenie prądu jednostkowego elektrofiltru, A-m ¹ (natężenie prądu przypadające na 1 m długości elektrody ulotowej); kj — ruchliwość jonów gazowych, zależna od składu chemicznego gazu [1.2; 1.8], ciśnienia i temperatury, m²-V'¹-s'¹; H - odstęp międzyelektrodowy, m; d — odległość między elektrodami ulotowymi, m.

W najczęściej spotykanych warunkach pracy elektrofiltrów średnia wartość natężenia pola wynosi 1,1 -r 2 kV • cm ^- *, a rozkład pola zależy m.in. od stężenia zapylenia w komorze elektrofiltru.

2. Ładunek przestrzenny jonów gazowych decyduje o szybkości ładowania cząstek grubych, o wielkości ładunku maksymalnego i szybkości ładowania cząstek drobnych oraz o rozkładzie i natężeniu pola w przestrzeni międzyelektrodowej. Gęstość objętościowa ładunku przestrzennego jonów gazowych w elektrofiltrze zależy od parametrów odpylanego aerozolu, a w szczególności od stężenia zapylenia i rozkładu, uziamicnia pyłu. Minimalna gęstość objętościowa (C-m~³) ładunku powinna być większa niż

°v

y 3S_piQ_mi 1=1 4na³y_pi

(1.6)

Przy czym: k — liczba przyjętych przedziałów frakcji pyłu ze względu na uziarnicnie; S_pi stężenie masowe i-tej frakcji pyłu na wlocie do elektrofiltru, kg-m'³; Q_mi — ładunek Maksymalny i-tej frakcji, C; y_pi — gęstość właściwa pyłu i-tej frakcji, kg-m^-3.

3. Gęstość powierzchniowa prądu (określona na powierzchni elektrod zbiorczych) decyduje o procesach związanych z osadzaniem, rozładowywaniem i koagulacją pyłu na elektrodzie zbiorczej. Chwilowa wartość ładunku cząstki jest funkcją rezystywności warstwy i gęstości prądu doładowującego cząstkę pyłu jonami gazowymi.

1

Informacje szczegółowe na temat 2 ostatnich grup zastosowań elektrostatyki można znaleźć np. w: Journal of F.lectrostatics; pracach prezentowanych na konferencjach naukowo-technicznych ELSTAT, organizowanych przez Polski Komitet Elektrostatyki SEP, i sympozjach „Nowoczesne przemysłow-e technologie elektrostatyczne” w Białymstoku.

2

Zdyspergowanc ciała stałe lub ciecze - ze względu na prawie identyczny przebieg procesu wytrącania w elektrofiltrach — w dalszym ciągu rozdziału będą traktowane jak pyły.