Расчет электрофильтров

Расчет электрофильтров проводится с целью выбора типоразмеров аппарата и определения степени очистки выбранного электрофильтра для конкретной пыли.

Необходимыми данными для расчета электрофильтра являются объемный расход газа, состав газа, его температура и давление, концентрация пыли в очищаемом газе, ее дисперсный состав и удельное электрическое сопротивление.

Выбрав тип электрофильтра, задают скорость газа в сечении электрофильтра v в рекомендуемых пределах и определяют необходимую площадь активного сечения, м²:

, (80)

где Q – объемный расход газа, м³/с.

Выбирают типоразмер электрофильтра с ближайшим значением площади активного сечения F и уточняют фактическую скорость газа в сечении .

Определяют плотность газа при рабочих условиях и коэффициент β по формуле (73). Далее по формулам (72) и (74) рассчитывают критическую напряженность и критическое напряжение коронного разряда.

Теоретическое определение фракционной степени очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:

, (81)

где f – удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных электродов к расходу очищаемых газов, м²·с/м³. Из формулы (81) следует, что степень очистки газа в электрофильтрах возрастает с ростом значения показателя экспоненты:

η 60 80 90 95 97, 5 98 99

w _д 0, 9 1, 6 2, 3 3, 0 3, 7 3, 9 4, 6

Если режим движения частиц пыли к осадительному электроду стоксовский, скорость дрейфа определяется выражением (79). Удельная поверхность осадительных электродов

, (82)

где S ₀ – поверхность осадительных электродов, м²; v _г – скорость газа в электрофильтре, м/с; F ₀ – площадь активного сечения электрофильтра, м².

Изменение показателя η при постоянной скорости дрейфа прямо пропорционально изменению размера электрофильтра. Например, чтобы повысить степень очистки с 90 до 99%, необходимо увеличить размеры электрофильтра в отношении 4, 6: 2, 3, т. е. в 2 раза.

Теоретически определенная степень очистки справедлива лишь для идеализированных условий работы электрофильтра. Основная определяющая его величина – скорость дрейфа частиц пыли к осадительному электроду – трудно определима, так как зависит от многих факторов, которые на данном этапе невозможно учесть в теоретических расчетах. Поэтому к полученным результатам следует относиться осторожно, сопоставляя их с практическими данными работы электрофильтров в аналогичных условиях.

Электрические свойства пыли существенно не влияют на скорость дрейфа; она пропорциональна размеру частиц, квадрату напряженности поля (разности потенциалов коронирующего и осадительного электродов) и обратно пропорциональна динамической вязкости газа, следовательно, его температуре. Квадратичная зависимость w _д от Е подчеркивает значение напряженности поля, которая зависит от величины напряжения, подаваемого на коронирующие электроды и от характеристик электродов.

Линейная плотность тока короны, А/м

, (83)

где k – подвижность ионов, м²/(В· с) (принимается равной 2, 1·10^–4); – коэффициент, зависящий от взаиморасположения электродов (для фильтров ЭГА равен 0, 043); U – средняя величина рабочего напряжения, кВ; l ₁ – расстояние между коронирующими и осадительными электродами, для фильтров ЭГА равно 0, 15 м; l ₂ – расстояние между соседними коронирующими электродами в ряду, для фильтров ЭГА равно 0, 18 м.

Напряженность электрического поля в электрофильтре, В/м

, (84)

где ε ₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м (ε ₀ = 8, 85· 10^–12).

Среднее рабочее напряжение в электрофильтрах ЭГА обычно составляет 50 кВ.

Так как приведенные зависимости для расчета степени очистки выведены на основании опыта работы действующих электрофильтров, имеющих определенную конструкцию и работающих в конкретных условиях, полученные в результате расчета значения следует рассматривать как приближенные.

Предложены и упрощенные методы расчета степени очистки электрофильтров, основанные на использовании модифицированного уравнения Дейча

, (85)

где K_n – параметр вторичного уноса; A – безразмерный параметр, величина которого зависит от соотношения площадей активной и неактивной зон электрофильтра; β – безразмерный параметр, зависящий от соотношения электрических и аэродинамических сил.

Вычисление ориентировочной степени очистки газа в сухих электрофильтрах от пыли, имеющей средние значения УЭС можно выполнять в такой последовательности.

Находят величину K_n при встряхивании осадительных электродов [10]

, (86)

где w _rt, h_rt,, m_rt – относительные скорость газа, высота и пылеемкость осадительных электродов, вычисляемые как отношения фактических значений указанных характеристик к базовым, принимаемым соответственно 1 м/с, 8 м, 1 кг/м².

Рекомендуемые значения скоростей и высота осадительных электродов для отечественных электрофильтров приводятся в каталогах. Если известен интервал между встряхиваниями, то можно по расходу и начальной запыленности газа оценить пылеемкость электродов. Действительные значения интервалов между регенерациями и пылеемкости электродов можно установить лишь опытным путем при эксплуатации электрофильтров. Неточность их оценки существенно снижает надежность расчетов.

Определяется параметр β

, (87)

где К – коэффициент неравномерности газораспределения, на основе экспериментальных данных составляет 0, 96–0, 985; d ₅₀ – медианный размер частиц пыли, м; L – активная длина электрических полей электрофильтра, м; μ – вязкость газа, Па·с; w – скорость газа, м/с; l ₁ – расстояние между коронирующим и осадительным электродами, м.

Величину конструктивного параметра А можно принимать по данным таблиц прил. 8, составленных для значений относительных площадей (отношения площади активной зоны к площади поперечного сечения корпуса) f, равных 0, 9 и 1 соответственно. Для электрофильтров марок ЭГА, ЭГТ и подобных им горизонтальных конструкций, f можно принять равной 0, 9. Значение f = 1 подходит для трубчатых вертикальных электрофильтров с незначительными зазорами между внешней поверхностью осадительных электродов и корпусом, а также для горизонтальных электрофильтров с клапанами для перекрытия боковых, верхних и нижних промежутков между электродами и корпусом.

Значения пылеемкости электродов ориентировочно можно принимать по табл. прил.9. Более точные значения могут быть получены на основе фактических данных эксплуатации электрофильтров в условиях, сходных с теми, для которых проектируется электрофильтр.