• RU
  • icon На проверке: 8
Меню

Мокрый электрофильтр - реферат

  • Добавлен: 02.05.2014
  • Размер: 188 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Цель работы: подробно разобрать область применения, принцип действия и устройства мокрого электрофильтра (МэФ). Ознакомится с выбором параметром мокрых электрофильтров. Предоставить методы расчета мокрых электрофильтров. Чертежей нет.

Состав проекта

icon
icon 1067355_175EA_oblast_primeneniya_princip_deistviya_ustroistva_vybor_parame.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon 1067355_175EA_oblast_primeneniya_princip_deistviya_ustroistva_vybor_parame.docx

Принцип действия и устройство5
Выбор и расчет электрофильтров17
1 ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ18
В планах экономического и социального развития страны отмечена необходимость увеличения выпуска высокоэффективных пылеулавливающих аппаратов совершенствования технологических процессов с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду (ОС) и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей.
Среди проблем защиты ОС наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна так как загрязненный воздух ухудшает экологические условия приводит к преждевременному износу основных фондов промышленности объектов жилищно-коммунального хозяйства и т.д. Охрана воздушной среды от загрязнений промышленными выбросами является важнейшей социальной и общественной задачей входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.
Цель работы: подробно разобрать область применения принцип действия и устройства мокрого электрофильтра (МэФ). Ознакомится с выбором параметром мокрых электрофильтров. Предоставить методы расчета мокрых электрофильтров.
Мокрые электрофильтры применяют для очистки меньших количеств газов (по сравнению с сухими электрофильтрами) особенно при очистке вентиляционного воздуха от жидких частиц когда напряжение подаваемое на электроды не превышает 10-15 кВ.
Энергетика: Блоки тепловых электростанций 150-800 мВт. Малые котельные. Мусоросжигающие заводы. Обработка угля мельницы сушилки бурого и каменного угля.
Промышленность строительных материалов: Цементная промышленность – сушильные установки цементные мельницы обжиг и помол клинкера при мокром и сухом способе производства. Выбросы от силосов и узлы погрузки. Известковые и гипсовые заводы – сушильные установки извести и гипса. Предприятия по производству стеновых материалов. Производство стекла керамики каолина талька графита.
Черная металлургия: Агломерационные фабрики - агломерационные ленты барабанные и чашечные охладители агломерата обжиговые печи узлы пересыпки транспортировки сортировки агломерата а также руды кокса известняка и др. зоны сжигания и охлаждения. Доменные цехи. Сталеплавильные цехи. Мартены. Конверторы. Электропечи. Печи шахтные. Печи отражательные. Коксохимические цехи. Производство огнеупоров. Прокатное ферросплавное и др. производства.
Цветная металлургия: Свинцовые цинковые медеплавильные никелевые оловянные алюминиевые сурьмяные ртутные заводы. Производство германия индия селена молибдена вольфрама ниобия титана циркония магния. Очистка газов при производстве титанового и редкоземельного сырья. Плавильные отражательные шахтные обжиговые печи печи спекания кальцинации и др. Порошковая металлургия. Производство электродов. Очистка вентиляционных газов.
Химическая промышленность: Концентраторы серной кислоты. Печи обжига пылевидного колчедана. Механические печи обжига колчедана. Печи обжига колчедана в кипящем слое. Печи сажевые и сажевые электрофильтры. Карбидные электрические печи. Сушильные установки хлористого кальция руд на установках кальцинации и др. Производство серной кислоты минеральных удобрений моющих средств.
Нефтехимическая промышленность: Производство технического углерода катализаторов резинотехнических изделий желтого фосфора лакокрасочных материалов.
Принцип действия и устройство
Принцип действия электрофильтра основан на использовании явления ионизации газа при воздействии коронного разряда электрического тока высокого напряжения.
В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока.
Общий вид электрофильтра приведен на рис. 2.1.1.
Рис. 2.1.1. Электрофильтр: 1 – осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 – рама; 4 – высоковольтный изолятор; 5 – встряхивающее устройство; 6 – верхняя камера; 7 – сборник пыли.
Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы проходя с потоком газа электрическое поле получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; осаждаются на этих электродах; удаляется пыль осевшая на электродах.
Зарядка частиц - первый основной шаг процесса электростатического осаждения. Большинство частиц с которыми приходится иметь дело при промышленной газоочистке сами по себе несут некоторый заряд приобретенный в процессе их образования однако эти заряды слишком малы чтобы обеспечить эффективное осаждение. На практике зарядка частиц достигается пропусканием частиц через корону постоянного тока между электродами электрофильтра. Можно использовать и положительную и отрицательную корону но для промышленной газоочистки предпочтительнее отрицательная корона из-за большей стабильности и возможности применения больших рабочих значений напряжения и тока но при очистке воздуха используют только положительную корону так как она дает меньше озона.
Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку натянутую в трубке или между пластинами второй - представляет собой поверхность трубки или пластины окружающей коронирующий электрод (рис. 2.1.2).
На коронирующие электроды подается постоянный ток высокого напряжения 30 60 кВ. Коронирующий электрод обычно имеет отрицательную полярность осадительный электрод заземлен. Это объясняется тем что корона при такой полярности более устойчива подвижность отрицательных ионов выше чем положительных. Последнее обстоятельство связано с ускорением зарядки пылевых частиц.
После распределительных устройств обрабатываемые газы попадают в проходы образованные коронирующими и осадительными электродами называемые межэлектродными промежутками. Сходящие с поверхности коронируюших электродов электроны разгоняются в электрическом поле высокой напряженности и приобретают энергию достаточную для ионизации молекул газа. Сталкивающиеся с электронами молекулы газов ионизируются и начинают ускоренно двигаться в направлении электродов противоположного заряда при соударении с которыми выбивают новые порции электронов. В результате между электродами появляется электрический ток а при некоторой величине напряжения образуется коронный разряд интенсифицирующий процесс ионизации газов. Взвешенные частицы перемещаясь в зоне ионизации и сорбируя на своей поверхности ионы приобретают в конечном итоге положительный или отрицательный заряд и начинают под влиянием электрических сил двигаться к электроду противоположного знака. Частицы сильно заряжаются на первых 100 200 мм пути и смещаются к заземленным осадительным электродам под воздействием интенсивного поля короны. Процесс в целом протекает очень быстро на полное осаждение частиц требуется всего несколько секунд. По мере накопления частиц на электродах их стряхивают или смывают.
Рис. 2.1.2. Конструктивная схема электродов: а - электрофильтр с трубчатыми электродами; б - электрофильтр с пластинчатыми электродами; 1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды.
Коронный разряд характерен для неоднородных электрических полей. Для их создания в электрофильтрах применяют системы электродов типа точка (острие) - плоскость линия (острая кромка тонкая проволока) - плоскость или цилиндр. В поле короны электрофильтра реализуются два различных механизма зарядки частиц. Наиболее важна зарядка ионами которые движутся к частицам под действием внешнего электрического поля. Вторичный процесс зарядки обусловлен диффузией ионов скорость которой зависит от энергии теплового движения ионов но не от электрического поля. Зарядка в поле преобладает для частиц диаметром более 05 мкм а диффузионная — для частиц мельче 02 мкм; в промежуточном диапазоне (02 05 мкм) важны оба механизма.
Конструктивно электрофильтры могут быть с корпусом прямоугольной или цилиндрической формы. Внутри корпусов смонтированы осадительные и коронирующие электроды а также механизмы встряхивания электродов изоляторные узлы газораспределительные устройства.
Часть электрофильтра в которой размещены электроды называют активной зоной (реже - активным объемом). В зависимости от числа активных зон известны электрофильтры однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах коронирующие и осадительные электроды в пространственном отношении конструктивно не разделены В двухзонных электрофильтрах имеется четкое разделение. Для санитарной очистки запыленных выбросов используют однозонные конструкции с размещением коронирующих и осадительных электродов в одном рабочем объеме. Двухзонные электрофильтры с раздельными зонами для ионизации и осаждения взвешенных частиц применяют в основном при очистке приточного воздуха. Связано это с тем что в ионизационной зоне происходит выделение озона поступление которого не допускается в воздух подаваемый в помещения.
К мокрым относят аппараты улавливающие жидкие или значительно увлажненные твердые частицы а также электрофильтры электроды которых очищаются самотеком (конденсатом уловленного жидкого аэрозоля) или посредством смывки осевших частиц жидкостью.
Все мокрые электрофильтры нашедшие применение в промышленности имеют вертикальную компоновку.
В зависимости от формы осадительных электродов известны электрофильтры трубчатые и пластинчатые (рис. 2.1.2). Трубчатые электрофильтры состоят из большого числа элементов имеющих круглое или сотообразное сечение. По оси трубчатого элемента расположен коронирующий электрод. В пластинчатом электрофильтре имеется большое количество параллельных пластин. Между ними находятся натянутые коронирующие электроды.
Формы осадительных и коронирующих электродов могут быть самыми разнообразными. Коронирующие электроды могут набираться из тонких круглых или толстых шестигранных стержней стальных пилообразных полос профилированных лент с игольчатой выштамповкой. Иногда применяются и другие формы. Осадительные электроды сухих фильтров выполняют в виде профилированных пластин желобов реже - коробок с круглыми или сложными вырезами для лучшего удержания осажденной пыли от вторичного уноса. В мокрых электрофильтрах проблема вторичного уноса несущественна поэтому электроды выполняют в виде наборов прутков и гладких пластин что позволяет легко смывать осадок.
Промывка электродов в мокрых электрофильтрах может производиться периодически или непрерывно. Для периодической промывки подают большое количество воды или другой промывной жидкости на электроды (в активную зону) при отключенном напряжении. На время промывки секции подачу газа прекращают.
Переток неочищенного газа мимо активной зоны даже в небольшом количестве может заметно ухудшить степень очистки. В вертикальных пластинчатых фильтрах неактивны промежутки между осадительными электродами и корпусом. В вертикальных трубчатых аппаратах неактивные зоны можно устранить полностью.
Скорость очищаемого газа в активной зоне является одной из основных характеристик электрофильтра. Наибольшую величину электрического заряда частицы размером до 1 мкм получают за время нахождения в электрическом поле около 1 с. Скорость принимают в зависимости от конструкции электрофильтра.
Электрофильтры могут быть одно- двух- или трехсекционными. Корпуса прямоугольные теплоизолированные. Секции аппаратов разделены сплошными перегородками.
Мокрые электрофильтры ЭВМ (рис. 2.2.2) предназначаются для улавливания туманов и капель серной кислоты с концентрацией (5 20) % об. В присутствии следов оксидов мышьяка селена соединений фтора. Электрофильтры выполняются вертикальными однопольными и односекционными. Корпус стальной цилиндрический футеруется изнутри на месте монтажа кислотоупорными материалами.
Рис. 2.2.2. Мокрый электрофильтр типа ЭВМ: 1 - защитная коробка для подвода тока; 2 - люк обслуживания; 3 - изоляторная коробка; 4 - коронирующий электрод; 5 -осадительный электрод; 6 - корпус; 7 - футеровка корпуса; 8 - газораспределительная решетка.
Осадительные электроды выполнены из полимерных токопроводящих пластин имеющих повышенную теплопроводность. Коронирующие электроды изготавливают из освинцованного провода. Маркировка электрофильтра означает: электрофильтр вертикальный мокрый.
Степень улавливания диспергированного вещества при концентрации на входе от 3 до 5% в пересчете на 100%-ю серную кислоту и двухступенчатой очистке достигает 997%. Допускается работа электрофильтра под разрежением до 6 кПа. Температура очищаемого газа 20 45°С. При скорости газового потока 1 мс пропускная способность составляет 68 м3с а сопротивление аппарата - около 100 Па. Площадь активного сечения 68 м2 площадь осаждения 218 м2. Активная длина поля (высота электродов) 35 м диаметр аппарата 36 м.
Электрофильтр типа ДМ (доменный мокрый рис. 2.2.3) предназначенный для тонкой очистки доменного газа имеет цилиндрический корпус выполненный из стального листа. Внутри корпуса между двумя трубными решетками размещены осадительные электроды изготовленные из стальных труб внутренним диаметром 233 мм. Существуют два типоразмера электрофильтров: ДМ-316 имеющий 316 электродов и ДМ-600 имеющий 600 электродов. Активная длина поля в электрофильтрах обоих типов 45 м. Удаление уловленной пыли с электродов производят путем смыва водой. Образующийся шлам стекает в бункер откуда удаляется через гидрозатвор. Практика применения электрофильтров типаДМ показала что они недостаточно надежны в эксплуатации вследствие чего в настоящее время сняты с производства.
Рис. 2.2.3. Схема трубчатого электрофильтра типа ДМ: 1 — направляющие лопатки; 2 — коронирующие электроды; 3 — дроссельный клапан; 4 —изоляторные коробки; 5 — подача воды периодической промывки; 6 — то же непрерывной промывки; 7— осадительные электроды; 8 — газораспределительные решетки; 9— гидрозатвор; 10— сбросные лотки
В цветной металлургии для очистки газов от тумана серной кислоты селена и мышьяка применяют мокрые электрофильтры типа ШМК (рис. 2.2.4). В футерованном кислотоупорном корпусе размещена электродная система состоящая из шестигранных винипластовых осадительных электродов и освинцованных коронирующих электродов звездообразного сечения. Удаление пыли с электродов производится горячей водой после предварительного пропаривания электрофильтра и доведения в нем температуры до 85-90 °С. Уловленную кислоту сливают через патрубок в нижней части корпуса. В НИИОгазе заканчивается разработка новых электрофильтров типа ЭТМ которые будут применяться взамен электрофильтров типа ШМК. Новые электрофильтры с пропускной способностью до 42 тыс. м³ч выполняются из полимерных материалов что позволяет экономить до 14 т свинца на один аппарат. При этом в три раза снижаются трудовые затраты на 80 % сокращается доля физического труда удельный расход материалов составляет 042 кг(м3³-ч). Электрофильтры типа ЭТМ допускают содержание тумана серной кислоты в газе до 40 % при запыленности его до 35-5 гм³. Рекомендуемая скорость газов до 11-12 мс. Степень очистки газа достигает 996 %. Гидравлическое сопротивление аппарата — 100 Па.
Рис. 2.2.4. Общий вид мокрого трубчатого электрофильтра типа ШМК:
— кислотоупорная футеровка; 2 — винипластовые осадительные электроды; 3 — винипластовая опорная решетка; 4 — коронирующий электрод звездообразного сечения; 5 — подвесные тяги; 6 — защитные коронирующие диски; 7 — изоляторные коробки; 8 — газораспределительные решетки
Выбор и расчет электрофильтров
Выбор электрофильтра определяется требуемой степенью улавливания частиц свойствами этих частиц параметрами и объемом очищаемых газов а также условиями установки электрофильтра.
При повышенной требуемой степени очистки газов или при необходимости повышенных требований стабильности очистки применяются мокрые электрофильтры вследствие отсутствия вторичного уноса. Однако для мокрых электрофильтров характерны недостатки всех мокрых пылеуловителей: необходимость обработки шламов и коррозия.
Эффективность обработки газа в электрофильтре зависит от химических и физических свойств газа свойств пыли напряжения силы тока напряженности поля и др.
Среди свойств пыли основным является удельное электрического сопротивление (УЕС). Пыли третьей группы (низкой проводимости) улавливаются с большими проблемами из-за возможного накопления на электроде слоя отрицательно заряженных частиц. Кроме того возможно явление обратной короны при котором значительно увеличивается потребляемый ток при снижении напряжения на электродах. Пыли этой группы часто образуют на электродах прочный изолирующий слой трудно поддающийся удалению. К таким пылям относится гипс оксиды свинца и цинка сульфид свинца. Для снижения УЭС можно понижать температуру пылегазового потока ниже 130°С или нагревать свыше 350°С а также добавлять в газ реагенты например аммиак сернистый ангидрид и др.
Степень эффективности очистки в электрофильтре может быть определена по формуле Дейча полученной теоретическим путем:
где f – удельная поверхнастность осаждения т.е. поверхность осадительных эалектродов проходящих на 1 м3с очищаемого газа (воздуха) м2.
Для трубчатого электрофильтра f = 2L(vгR) для пластинчатого электрофильтра f = L(vгH) где L – активная длина электрофильтра м; R – радиус трубчатого осадительного элетрода м; H – расстояние между коронирующими электродом и пластинчатым осадительным электродом м; vг – скорость газа в активном сечении м; vg – скорость дрейфа частиц мс.
Степень эффективности очистки определенная теоретически отличается от действительной эффективности так как исходит из идеализированных условий и не учитывает всех факторов влияющих на эффективность. Обычно пользуются практическими данными об эффективности подбирая при этом аналогичный электрофильтр. При выборе аналога необходимо стремиться к максимальному соответствию факторов от которых зависит скорость дрейфа:
1 ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ
При проектировании новых установок электрической очистки газов и при реконструкции устаревших электрофильтров требуется обеспечить требуемые санитарные нормы выбросов частиц из электрофильтра. Для этого необходимо определить параметры электрофильтра т.е. его активное сечение активную длину высоту тип электродов и целый ряд других величин.
Теоретически формула для определения степени очистки газа электрофильтром была выведена Дейчем в 1922г.
где – скорость дрейфа частиц; L – длина активной зоны электрофильтра; Ho – межэлектродное расстояние; Vг – скорость газов в электрофильтре
При выводе этой формулы были приняты следующие допущения:
Равномерный профиль концентрации пыли;
Отсутствие уноса пыли;
Постоянство скорости дрейфа по длине электрофильтра;
Частицы пыли монодисперсны;
Течение газа ламинарное
Скорость газового потока по сечению постоянна;
В 1956 г . это уравнение было уточнено Роузом и Вудом и может быть записано следующим образом:
где S – площадь осаждения электрофильтра; Q – количество очищаемых газов.
Считается что в электрофильтре происходит интенсивное турбулентное перемешивание газового потока в связи с высоким значением числа Re и в результате действия электрического ветра. Скорость дрейфа заряженных частиц быстро достигает предельной величины. С учетом закона Стокса она может быть вычислена по формуле:
где p = 3 + 2; – диэлектрическая постоянная; d – диаметр частицы ( при d > 1 мкм ); – вязкость газа;
λ – средняя длина пути свободного пробега молекул.
С помощью уравнений (3.1.2) (3.1.3) и (3.1.4) можно рассчитать эффективность осаждения частиц разных диаметров. Стейерменд сравнив рассчитанные и опытные результаты (Рис.3.1.1) пришел к выводу что эти уравнения могут служить только для учета изменений в работе данной установки но не могут быть основой для расчета новых конструкций.
Рис. 3.1.1. Кривые фракционной эффективности электрофильтра. 1 – экспериментальная кривая; 2 – теоретическая кривая
На практике целесообразно проводить предварительное испытание опытного электрофильтра когда трудно получить требуемые результаты на уже действующей установке. Отечественная практика проектирования установок электрогазоочистки показывает что прогнозирование эффективности электрофильтра на основании теоретических предпосылок или механического копирования аппаратов работающих в кажущихся одинаковых условиях приводит к существенным ошибкам.
Главной рекомендацией проектировщику А.М. Белевицкий считает максимально тщательный поиск аналога и получение достоверных данных об условиях и результатах его работы.
Для использования аналога при проектировании установки электрогазоочистки предлагается выполнять расчеты по следующей формуле:
где – LHVг; L – длина активной зоны электрофильтра; H – разрядное расстояние; Vг – скорость газов в активном сечении электрофильтра.
Индексы «ан» и «пр» относят параметры соответственно к аналогу или прототипу. Следует однако отметить что использование формулы (3.1.5) не позволяет получить корректные результаты.
Для учета изменения эффективной скорости дрейфа при изменении скорости газа и введения поправки на другие не учитываемые формулой Дейча факторы на основании анализа экспериментальных данных предложен вариант формулы для условий улавливания золы из дымовых газов энергетических котлов:
В ряде случаев представляет практический интерес расчет очистки газов по эмпирической формуле предложенной Селзлером и Уотстоном
где К =116 при сжигании угля в распыленном состоянии; К = 90 при использовании топки циклонного типа или если перед электрофильтром стоит механический осадитель (т.е. использование механической предочистки снижает скорость дрейфа пыли примерно на 30 %).S – площадь осаждения фут2; Q – количество очищаемого газа в электрофильтре тыс. фут3мин; Р – потребляемая мощность кВт; сз – отношение массы серы в золе к массе золы.
Формула представляет возможность учесть влияние количества серы в угле на степень очистки газов.
Рис. 3.1.2.Зависимость степени очистки от процентного содержания серы в золе угля (расчет по формуле Селзлера-Уотстона)
Мокрые электрофильтры рассмотрены достаточно детально выявлены его недостатки и достоинства даны краткие технические характеристики и описаны основные виды аппаратов. Приведены методы расчетов электрофильтров.
Основные преимущества очистки газов электрофильтрами следующие:
электрофильтры имеют широкий диапазон производительности - от сотен до миллионов м3ч
электрофильтры обеспечивают высокую степень очистки газов - до 9995 %
электрические фильтры имеют низкое гидравлическое сопротивление - 02 кПа
электрические фильтры могут улавливать твердые и жидкие частицы размером от 001 мкм (вирусы табачный дым) до десятков мкм.
Недостатки электрофильтров :
невозможность проводить очистку взрывоопасных газов
Г.М.-А. Алиев. «Техника пылеулавления и очистки промышленных газов. Справочник». М.: Металлургия 1986 Введение с. 224-304
Лившиц М.Н. «Электронно-ионная очистка воздуха от пыли в промышленности строительных материалов». М.: Стройиздат 1968 с. 7 - 38.
Чекалов Л.В. «Контроль и расчет монтаж и ремонт услуги и поставки – Обзор методов расчетов электрофильтров». Р.: Кондор-Эко 2008
Коузов П.А. Малыгин А.Д. Скрябин Г.М. «Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности». Л.: Химия 1982 с. 9-13 с. 34-83.
Юшин В.В. Лапин В.Л. Попов В.М. Кукин П.П. Сердюк Н.И. Кривошеин Д.А. Понаморев Н.Л. Ковалев Ю.П. «Техника и технология защиты окружающей среды». М.: Высшая школа 2005 с. 93-115 с.130-257

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 11 часов 45 минут
up Наверх