Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 245
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской федерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образованияУфимский государственный нефтяной технический университетФилиал ФГБОУ ВО УГНТУ в г. СтерлитамакеКафедра «ОНХЗ»Рефератпо дисциплине «Основы нефтегазового дела»на тему «Электрическая очистка газов»Вариант 18Выполнил: студент группы БМЗз-19-31 Казаков Д.Ю.Проверил: К. Н. Доцент Лапонов С. В. Стерлитамак 2021Электрическая очистка - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, всегда оказываются частично ионизованными за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и др.), поэтому они способны проводить ток, попадая в пространство между двумя электродами. Величина силы тока зависит от числа ионов и напряжения между электродами. При увеличении напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.
Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис. 1). В зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.Рис. 1. Схема расположения электродов в электрофильтреИзменение силы тока между электродами по мере роста напряжения показано на рис. 2. Критическое напряжение Uкр на электродах, при котором возникает коронирующий разряд, определяется соотношением Uкр = Eкр R1 ln R2 /R1, где R1 и R2 - радиусы коронирующего и осадительного электродов соответственно, м; Eкр - критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, В/м.Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения между электродамиВеличина Екр определяется по эмпирическим формулам Пика. Для коронирующего электрода положительной – полярностиEкр=3,37 (β+0,0242 √β/R1) 106; (7)для коронирующего электрода отрицательной полярностиEкр=3,04 (β+0,0311 √β/R1)106; (8)В формулах (7) и (8) β - поправка на плоскость газов в рабочих условиях,β=(pокр ± pг)293/1,013•105(273+t),где рокр - давление окружающей среды, Па; рг - разрежение или избыточное давление в газоходе, Па; t - температура газов, °С. Формулы Пика получены для воздуха и электрода круглого сечения. Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и более.Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Необходимо отметить, что частицы, поступающие в электрофильтр, обычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Этот заряд (трибозаряд) не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде.
Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.Под действием аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока газа со скоростью ωг, близкой к скорости газа, которая составляет 0,5-2 м/с.Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия между электрическим полем и зарядом частицы. Расчеты скорости этого движения показывают, что ее значение зависит главным образом от размеров частиц и напряженности электрического поля Е. Расчетные значения скорости приведены ниже:
Силы тяжести не оказывают заметного влияния на траекторию движения частиц пыли. За время пребывания в электрофильтре (10-15 с) частицы размером 10 мкм падают всего на 3-5 см, поэтому в расчетах силы тяжести обычно не учитывают.Электрический ветер обусловлен механическим воздействием движущихся ионов на молекулы газа и частицы пыли. Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т. е. у коронирующих электродов, и вызывает циркуляцию газа в межэлектродном промежутке со скоростью до 0,5-1,0 м/с. Электрический ветер оказывает влияние на движение частиц к осадительным электродам и на перемешивание ионов и взвешенных частиц в межэлектродном пространстве. Однако из-за отсутствия методики расчета электрического ветра его влиянием на движение частиц пренебрегают.Таким образом, отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду под действием аэродинамических сил и электрических сил, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде. Ввиду того что объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней
Конструкцию электрофильтров определяют условия работы: состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д.В промышленности используется несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров [9], применяемых для очистки технологических выбросов. Сухие электрофильтры типа УГ (унифицированные горизонтальные) рекомендуется применять для тонкой очистки газов от пыли различных видов. В корпусе электрофильтра установлены три группы коронирующих и осадительных электродов. Равномерный подвод газа к электродам достигается установкой на входе в фильтр распределительной решетки. Периодическая очистка коронирующих и осадительных электродов производится встряхивающим механизмом.
Таблица 1.
Электрофильтры используют и для тонкой очистки газа от масляных туманов, смолы и пыли в различных отраслях промышленности. На рис. 3 показана конструктивная схема мокрого электрофильтра типа С, применяемого для очистки генераторных и коксовых газов. В корпусе 3 установлены коронирующие и осадительные электроды 2, к которым подводится газ через распределительные решетки. В верхней части фильтра установлены смолоулавливающие зонты 4. Уловленная на электродах смола стекает в бункер и через гидрозатвор выводится из аппарата. При загустении смолы аппарат разогревают паром. Технические характеристики электрофильтров типа С приведены в табл. 1.Рис. 3. Электрофильтр типа Сэлектрофильтр напряжение газ очисткаДля очистки вентиляционных выбросов и рециркуляционного воздуха от различных пылей, а также приточного атмосферного с малой концентрацией загрязнений применяются двухзонные электрофильтры типа ФЭ, РИОН и др. Поток воздуха в таком фильтре проходит последовательно ионизационную зону, зону осаждения и противоуносный пористый фильтр. Накопленная пыль периодически смывается водой. Эффективность пылеулавливания до 0,95, гидравлическое сопротивление чистого фильтра 30-50 Па, производительность по воздуху 1000 м3/ч и более, входная концентрация загрязнений не более 10 мг/м3.Принципиальная схема двухзонного электрофильтра показана на рис. 4. Загрязненный газ проходит ионизатор, в состав которого входят положительные и отрицательные 2 электроды. Ионизатор выполнен так, чтобы при скорости около 2 м/с частицы пыли успели зарядиться, но еще не осели на электроды. Зарядившиеся частицы
Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис. 1). В зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.Рис. 1. Схема расположения электродов в электрофильтреИзменение силы тока между электродами по мере роста напряжения показано на рис. 2. Критическое напряжение Uкр на электродах, при котором возникает коронирующий разряд, определяется соотношением Uкр = Eкр R1 ln R2 /R1, где R1 и R2 - радиусы коронирующего и осадительного электродов соответственно, м; Eкр - критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, В/м.Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения между электродамиВеличина Екр определяется по эмпирическим формулам Пика. Для коронирующего электрода положительной – полярностиEкр=3,37 (β+0,0242 √β/R1) 106; (7)для коронирующего электрода отрицательной полярностиEкр=3,04 (β+0,0311 √β/R1)106; (8)В формулах (7) и (8) β - поправка на плоскость газов в рабочих условиях,β=(pокр ± pг)293/1,013•105(273+t),где рокр - давление окружающей среды, Па; рг - разрежение или избыточное давление в газоходе, Па; t - температура газов, °С. Формулы Пика получены для воздуха и электрода круглого сечения. Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и более.Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Необходимо отметить, что частицы, поступающие в электрофильтр, обычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Этот заряд (трибозаряд) не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде.
Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.Под действием аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока газа со скоростью ωг, близкой к скорости газа, которая составляет 0,5-2 м/с.Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия между электрическим полем и зарядом частицы. Расчеты скорости этого движения показывают, что ее значение зависит главным образом от размеров частиц и напряженности электрического поля Е. Расчетные значения скорости приведены ниже:
| Диаметр частиц, мкм | 0,4 | 1,0 | 2,0 | 10,0 | 30,0 |
| ωэ, м/c, при Е=15•104 В/м | 0,012 | 0,013 | 0,015 | 0,075 | 0,15 |
| ωэ, м/c, при Е=30•104 В/м | 0,025 | 0,030 | 0,060 | 0,30 | 0,60 |
, большинство частиц пыли получает заряд отрицательного знака. Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая на отрицательном коронирующем электроде. Важное значение на процесс осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления пыль делят на:
1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (<104 Ом•см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;
2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом•см хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с него при встряхивании;
3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 1010 Ом•см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.
В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.
Теоретическое определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводится по формуле Дейча:
η=1-е-ωэFуд; (9)
где Fуд - удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов в м2•с/м3. Из формулы (9) следует, что эффективность очистки газа в электрофильтрах возрастает с ростом значения показателя степени ωэ Fуд:
| ωэFуд | 3,0 | 3,7 | 3,9 | 4,6 |
| η | 0,95 | 0,975 | 0,98 | 0,99 |
Таблица 1.
| Техническая характеристика | УГ | С |
| Допустимая входная концентрация пыли (УГ) или смолы (С) в газе, г/м3 | 50 | 0,1 |
| Эффективность очистки | До 0,999 | До 0,99 |
| Гидравлическое сопротивление, Па | 150 | 200 |
| Наибольшая температура газов, °С | 250 | 50 |
| Удельный расход электроэнергии на очистку 1000 м3/ч газа, кВт•ч | 0,3 | 0,45 |
| Производительность по газу, тыс. м3/ч | 36-950 | 18-36 |