Электрокинетические технологии и установки

В основе работы таких установок используется электронно-ионная технология (ЭИТ). Сущность её состоит в том, что действие электрического поля высокой напряжённости на твёрдое, жидкое или газообразное вещество изменяет его свойства и способствует упорядоченному распределению частиц обрабатываемого вещества в пространстве.

ЭИТ включает три основных процесса: электризацию вещества, формирование движения частиц в электрическом поле и получение готового продукта.

Применяются следующие основные виды ЭИТ:

• — электрогазоочистка — выделение из газового (воздушного) потока твёрдых тел или жидких частиц;
• — электросепарация — разделение многокомпонентных систем на составные части;
• — электроокраска — нанесение твёрдых или жидких покрытий на изделие.

Эти виды ЭИТ используются в электрофильтрах, установках для разделения суспензий, эмульсий и сыпучих смесей, ёмкостях для опреснения воды, для окраски изделий.

Электроосаждение частиц и электрофильтры

Современные промышленные предприятия: химические, цементные, металлургические заводы, тепловые электростанции являются источниками загрязнения окружающей среды.

Наравне с вредными газами эти предприятия выбрасывают в атмосферу большое количество пыли, взвешенной в дымовых газах. Взвеси таких мелких частиц в газах размером в несколько мкм носят название аэрозолей. В аэрозолях частицы находятся во взвешенном состоянии, так как уже при малых скоростях их движения силы, создаваемые сопротивлением среды, уравновешивают силы тяжести частиц. При движении газового потока частицы двигаются вместе с ним.

Если в газовую среду поместить электроды, присоединённые к источнику ЭДС, то под действием электрического поля из-за наличия в газе некоторого количества заряженных частиц начинается упорядоченное движение этих частиц. Положительно заряженные частицы двигаются к катоду, отрицательно заряженные — к аноду.

Возникающий между электродами ток очень мал из-за незначительного количества находящихся в газе заряженных частиц. Положение изменится, если в газе появится ионизатор, обусловливающий резкое увеличение числа ионизированных частиц.

Одним из эффективных ионизаторов является коронный разряд, который возникает в газе, находящемся в резко неоднородном электрическом поле. Такое неоднородное поле имеет место, если размеры одного из электродов (коронирующего) намного меньше размеров второго. Например, в системе двух концентрических цилиндров при соотношении их радиусов более 10; в системах провод-плоскость; провод между двумя плоскостями. В этом случае напряжённость электрического поля вблизи поверхности меньшего электрода намного больше, чем у поверхности большего электрода, и если она достигает 1500 кВ/м и более, то вокруг электрода с малым радиусом кривизны начнётся интенсивная ионизация газа, появление положительно и отрицательно заряженных ионов, направляющихся к электродам в соответствии с их полярностью. Одновременно с ионизацией газа происходит процесс рекомбинации положительных ионов и электронов, которые при их соединении и возвращении в нейтральное состояние испускают большое число фотонов. Поэтому область вокруг электрода с малым радиусом начинает светиться — это и есть признак коронного разряда (короны).

Обычно коронный разряд возбуждают у отрицательного электрода (рис. 11.11). В этом случае образующиеся положительные ионы 4 осаждаются на коронирующем электроде 2, а более подвижные электроны 6 и отрицательно заряженные ионы 5 перемещаются в сторону большего (внешнего) электрода 8 — в результате в межэлектродном промежутке возникает ток.

Если в межэлектродном промежутке находятся аэрозоли, т. е. в газе имеются твёрдые или жидкие загрязняющие его частицы, то последние, сталкиваясь с ионами, захватывают их, электризуются и, будучи заряженными, направляются к соответствующему электроду.

Так как зона короны 2 сравнительно мала, основная масса загрязнённого газа проходит по внешней зоне между короной и большим электродом, в которой перемещаются отрицательно заряженные ионы и электроны. Поэтому подавляющая часть загрязнений оседает на внешнем (осадительном) электроде 8.

Рис. 11.11. Схема зарядки и осаждения частице электрофильтре:

1 — генератор; 2 — коронирующий электрод; 3 — границы короны; 4 — положительно заряженные ионы; 5 — отрицательно заряженные ионы; 6 — электроны; 7 — частицы пыли в газе; 8 — осадительный электрод На этом принципе основаны электрофильтры, обеспечивающие очистку дымовых газов промышленных предприятий от аэрозолей.

Электрофильтры, например, предназначены для очистки запылённого газа тепловых электростанций от посторонних частиц.

Электрофильтр состоит из следующих основных элементов (рис. 11.12):

• — системы подготовки газов для последующей подачи в электрофильтр;
• — источника питания, включающего автотрансформатор АТ, повышающий трансформатор Т и высоковольтный выпрямитель В;
• — собственный электрофильтр.

От источника питания по кабелю с ограничительным сопротивлением R через изолирующий ввод на коронирующий электрод Э_к и осадителиный электрод Э₀ подаётся высокое напряжения постоянного тока.

Между электродами Э_к и Э₀ возникает электрическое поле. По мере повышения напряжения после возникновения коронного разряда ток быстро возрастает. При дальнейшем повышении напряжения коронный разряд может перейти в искровой. Рабочие токи в электрофильтре обычно 0,5 — 1,0мА/м длины электрода. Обычно коронирование (лавинообразный процесс ионизации) наступает при разности потенциалов между электродами 50−80 кВ. В электрофильтре образуются две зоны: первая — вокруг коронирующего электрода (заполняется положительно и отрицательно заряженными ионами), вторая — между короной и осадительным электродом (заполняется только отрицательными ионами и электронами). Поэтому при прохождении запылённого газа через полость электрофильтра большинство пылинок получает отрицательный заряд и движется к положительному осадительному электроду Э₀. Осадительные электроды периодически встряхиваются с помощью механизма встряхивания, и осевшая пьшь осыпается в бункер, из которого затем удаляется (рис. 11.12).

Электрофильтры, применяемые на производстве, улавливают пыль, представляющую большую ценность так как она содержит много ценных элементов: серебро, медь, никель,.

Рис. 11.12. Принципиальная схема электрофильтра (пояснения в тексте).

сурьма, цинк, свинец, магний и др. Важен также гигиенический эффект, так как предприятия энергетической (тепловые электростанции), химической и металлургической промышленности выбрасывают в воздух огромное количество газов, загрязняющих атмосферу и окружающую среду.

Например, электрофильтр ДГПН-55−3, потребляющий всего 83 кВт, имеет производительность очистки от дымовых газов 100 м³/с при энергоёмкости очистки 0,23 кВт ч на 1000 м³.

Коронирующие электроды Э_к обладают особой формой для создания интенсивного и достаточно однородного коронного разряда. Они бывают без фиксированных точек разряда (тонкая проволока) или с фиксированными точками разряда (колючая проволока).

Осадительные электроды выполняются в виде труб круглого, квадратного или шестиугольного сечения. К коронирующим электродам ток подводится по высоковольтному бронированному одножильному кабелю или по стальным шинам.