Limpieza de gas eléctrica: la base física del funcionamiento de los precipitadores electrostáticos.
Si pasa un gas polvoriento a través de la zona de acción de un fuerte campo eléctrico, entonces teóricamente las partículas de polvo adquirir una carga eléctrica y comenzará a acelerar, moviéndose a lo largo de las líneas de fuerza del campo eléctrico a los electrodos, seguido por la deposición sobre ellos.
Sin embargo, bajo las condiciones de un campo eléctrico uniforme, no será posible obtener ionización por impacto con la generación de iones de masa, ya que en este caso ocurrirá ciertamente la destrucción del espacio entre los electrodos.
Pero si el campo eléctrico no es homogéneo, entonces la ionización por impacto no conducirá a la ruptura de la brecha. Esto se puede lograr, por ejemplo, aplicando condensador cilíndrico hueco, cerca del electrodo central, en el que el esfuerzo del campo eléctrico E será mucho mayor que cerca del electrodo cilíndrico exterior.
Cerca del electrodo central, la fuerza del campo eléctrico será máxima, mientras que alejándose de él hacia el electrodo externo, la fuerza E primero disminuirá rápida y significativamente, y luego continuará disminuyendo, pero más lentamente.
Al aumentar el voltaje aplicado a los electrodos, primero obtenemos una corriente de saturación constante, y al aumentar aún más el voltaje, podremos observar un aumento en la fuerza del campo eléctrico en el electrodo central a un valor crítico y el comienzo del choque. ionización cerca de él.
A medida que aumenta aún más el voltaje, la ionización por impacto se extenderá sobre un área cada vez más grande en el cilindro y aumentará la corriente en el espacio entre los electrodos.
Como resultado, se producirá una descarga de corona, por lo tanto la generación de iones será suficiente para cargar las partículas de polvo, aunque la ruptura final de la brecha nunca sucederá.
Para obtener una descarga de corona para cargar partículas de polvo en un gas, no solo es adecuado un capacitor cilíndrico, sino también una configuración diferente de electrodos que pueden proporcionar un campo eléctrico no homogéneo entre ellos.
Por ejemplo, generalizada electrofiltros, en el que se produce un campo eléctrico no homogéneo utilizando una serie de electrodos de descarga montados entre placas paralelas.
La determinación del estrés crítico y el estrés crítico en el que se produce corona se realiza debido a las dependencias analíticas correspondientes.
En un campo eléctrico no homogéneo, se forman entre los electrodos dos regiones con diferentes grados de falta de homogeneidad. La región de la corona promueve la generación de iones de signo opuesto y electrones libres cerca del electrodo delgado.
Los electrones libres, junto con los iones negativos, corren hacia el electrodo exterior positivo, donde le dan su carga negativa.
La corona aquí se distingue por un volumen significativo, y el espacio principal entre los electrodos está lleno de electrones libres e iones cargados negativamente.
En los precipitadores electrostáticos tubulares, el gas a desempolvar pasa a través de tubos verticales de 20 a 30 cm de diámetro, con electrodos de 2 a 4 mm estirados a lo largo de los ejes centrales de los tubos. El tubo es un electrodo colector, ya que el polvo atrapado se deposita en su superficie interna.
Un precipitador de placas tiene una fila de electrodos de descarga centrados entre las placas, y el polvo se deposita en las placas. Cuando un gas polvoriento pasa a través de dicho precipitador, las partículas de polvo absorben iones y, por lo tanto, las partículas se cargan rápidamente. Durante la carga, las partículas de polvo se aceleran a medida que avanzan hacia el electrodo colector.
Determinantes de la velocidad del movimiento del polvo en la zona exterior descarga de corona son la interacción del campo eléctrico con la carga de la partícula y la fuerza aerodinámica del viento.
La fuerza que hace que las partículas de polvo se muevan hacia el electrodo colector: Fuerza de Coulomb de interacción de la carga de las partículas con el campo eléctrico de los electrodos… A medida que la partícula se mueve hacia el electrodo colector, la fuerza activa de Coulomb se equilibra con la fuerza de arrastre de la cabeza. La velocidad de deriva de una partícula al electrodo colector se puede calcular igualando estas dos fuerzas.
La calidad de la deposición de partículas en el electrodo se ve afectada por factores tales como: el tamaño de las partículas, su velocidad, conductividad, humedad, temperatura, calidad de la superficie del electrodo, etc.Pero lo más importante es la resistencia eléctrica del polvo. el mas grande resistencia El polvo se divide en grupos:
Polvo con una resistencia eléctrica específica inferior a 104 Ohm * cm
Cuando una partícula de este tipo entra en contacto con un electrodo colector cargado positivamente, pierde inmediatamente su carga negativa, adquiriendo instantáneamente una carga positiva en el electrodo. En este caso, la partícula puede retirarse fácilmente del electrodo de inmediato y la eficiencia de limpieza disminuirá.
Polvo con una resistencia eléctrica específica de 104 a 1010 Ohm * cm.
Tal polvo se asienta bien en el electrodo, se sacude fácilmente fuera de la tubería, el filtro funciona de manera muy eficiente.
Polvo con una resistencia eléctrica específica superior a 1010 Ohm * cm.
El precipitador electrostático no captura fácilmente el polvo. Las partículas precipitadas se expulsan muy lentamente, la capa de partículas cargadas negativamente sobre el electrodo se vuelve más gruesa. La capa cargada evita la deposición de partículas recién llegadas. La eficiencia de limpieza disminuye.
Polvo con la resistencia eléctrica más alta: magnesita, yeso, óxidos de plomo, zinc, etc. Cuanto más alta es la temperatura, más intensamente aumenta la resistencia del polvo primero (debido a la evaporación de la humedad) y luego cae la resistencia. Humedeciendo el gas y añadiéndole algunos reactivos (o partículas de hollín, coque), se puede reducir la resistencia del polvo.
Al ingresar al filtro, parte del polvo puede ser recogido por el gas y llevado de nuevo, esto depende de la velocidad del gas y del diámetro del electrodo colector. El arrastre secundario se puede reducir enjuagando inmediatamente con agua el polvo ya atrapado.
Característica corriente-voltaje del filtro está determinada por algunos factores tecnológicos.Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la corriente de corona; sin embargo, el voltaje operativo estable del filtro disminuye debido a una disminución en el voltaje de ruptura. Una humedad más alta significa una corriente de corona más baja. Una velocidad de gas más alta significa una corriente más baja.
Cuanto más limpio es el gas, cuanto mayor es la corriente de corona, más polvoriento es el gas, menor es la corriente de corona. La conclusión es que los iones se mueven más de 1000 veces más rápido que el polvo, por lo que cuando las partículas se cargan, la corriente de corona disminuye y cuanto más polvo hay en el filtro, menor es la corriente de corona.
En condiciones de mucho polvo (Z1 de 25 a 35 g/m23), la corriente de corona puede caer casi a cero y el filtro dejará de funcionar. Esto se llama bloqueo de corona.
Una corona bloqueada da como resultado una falta de iones para proporcionar suficiente carga a las partículas de polvo. Aunque la corona rara vez se bloquea por completo, el precipitador electrostático no funciona bien en entornos polvorientos.
En metalurgia, los electrofiltros de placas son los más utilizados, caracterizados por una alta eficiencia, eliminando hasta el 99,9% del polvo con un bajo consumo de energía.
Al calcular un electrofiltro se calcula su rendimiento, eficiencia de funcionamiento, consumo de energía para crear una corona, así como la corriente de los electrodos. El rendimiento del filtro se encuentra por el área de su sección activa:
Conociendo el área de la sección activa del electrofiltro, se selecciona un diseño de filtro apropiado utilizando tablas especiales. Para encontrar la eficiencia del filtro, use la fórmula:
Si el tamaño de las partículas de polvo es proporcional al camino libre medio de las moléculas de gas (alrededor de 10-7 m), entonces la velocidad de su desviación se puede encontrar mediante la fórmula:
La velocidad de deriva de las partículas de aerosol grandes se encuentra mediante la fórmula:
La eficiencia del filtro para cada fracción de polvo se produce por separado, después de lo cual se establece la eficiencia global del precipitador electrostático:
La intensidad de operación del campo eléctrico en el filtro depende de su construcción, la distancia entre los electrodos, el radio de los electrodos corona y la movilidad de los iones. El rango habitual de tensión de funcionamiento de un electrofiltro es de 15*104 a 30*104 V/m.
Las pérdidas por fricción generalmente no se calculan, sino que simplemente se supone que son 200 Pa. El consumo de energía para crear una corona se encuentra mediante la fórmula:
La corriente al recolectar polvo metalúrgico se establece de la siguiente manera:
La distancia entre electrodos del electrofiltro depende de su construcción. La longitud de los electrodos colectores se elige en función del grado requerido de recolección de polvo.
Los precipitadores electrostáticos generalmente no se usan para capturar polvo de dieléctricos limpios y conductores limpios. El problema es que las partículas altamente conductoras se cargan fácilmente, pero también se expulsan rápidamente en el electrodo colector y, por lo tanto, se eliminan inmediatamente de la corriente de gas.
Las partículas dieléctricas se depositan en el electrodo colector, reducen su carga y conducen a la formación de corona inversa, lo que impide que el filtro funcione correctamente. El contenido de polvo de funcionamiento normal para el precipitador electrostático es inferior a 60 g/m23, y la temperatura máxima a la que se utilizan los precipitadores electrostáticos es de +400 °C.
Ver también sobre este tema:
Filtros electrostáticos: dispositivo, principio de funcionamiento, áreas de aplicación.