Осаждение под действием электрического поля

В электрическом поле частицам небольших размеров можно сообщить значительный электрический заряд и благодаря этому осуществить процесс осаждения, который невозможно провести под действием силы тяжести или центробежной силы. Поэтому электроочисткой пользуются для разделения тонкодисперсных газовых смесей (пылей, туманов). При этом степень очистки может достигать 99 % и выше.

Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа и сообщении взвешенным частицам электрического заряда. Электрически заряженные частицы под действием электрического поля осаждаются на противоположно заряженном электроде, теряют свой заряд и выводятся из газового потока.

Ионизация газа возникает при его прохождении между электродами, соединенными с источником постоянного тока высокого напряжения. Вследствие высокой разности потенциалов на электродах и неоднородности электрического поля (электроды выполняют с сечениями разной геометрической формы, поэтому происходит уплотнение силовых линий у электрода с меньшей поверхностью – обычно катода), в слое газа у катода образуется односторонний поток электронов, направленный к аноду. В этом слое в результате соударений электронов с нейтральными молекулами газ ионизируется (ударная ионизация). Внешним признаком ионизации является свечение слоя газа или образование «короны» у катода. Поэтому такой электрод получил название коронирующего.

При ионизации образуются как положительные, так и отрицательные ионы; положительно заряженные ионы остаются вблизи коронирующего электрода, а отрицательные с огромной скоростью направляются к аноду, встречая и заряжая на своем пути нейтральные частицы, взвешенные в газе.

Получившие отрицательный заряд взвешенные частицы под действием электрического поля перемещаются к аноду и оседают на нем (положительно заряженный электрод носит название осадительного). Скорость движения взвешенных частиц, получивших заряд, невелика; она зависит от размера частиц и гидравлического сопротивления газовой среды. Обычно скорости электроосаждения колеблются в пределах от нескольких сотых метра до нескольких десятых метра в секунду. Осев на аноде, частица отдает ему свой заряд, становится электронейтральной и опадает с него.

Высокое напряжение постоянного тока, необходимое для питания электрофильтров, получают на специальных установках – преобразовательных подстанциях. Коронирующий электрод соединен с отрицательным полюсом источника напряжения. Для воздуха критическое напряжение, при котором происходит образование короны, составляет около 30 кВ. Рабочее напряжение в 1,5–2,5 раза больше критического и обычно равно 40–75 кВ. Сила тока находится в пределах от 0,05 до 0,50 мА на один метр длины коронирующего электрода. Для обеспечения указанных параметров промышленный переменный ток напряжением 220–280 В подается на повышающий трансформатор с регулятором, где напряжение повышается до 100 кВ. Далее переменный ток преобразуется в постоянный с помощью ламповых, полупроводниковых или механических выпрямителей и подается на электроочистку.

Степень очистки газа в электрическом поле зависит от электропроводимости взвешенных частиц. Если частицы хорошо проводят электрический ток, то свой заряд они мгновенно отдают аноду, заряжаясь от него положительным зарядом и отталкиваясь в направлении движения газового потока, что приводит к увеличению уноса дисперсных частиц и понижению степени очистки. Если же взвешенные частицы плохо проводят электрический ток, то прижимаемые силой поля к осадительному электроду, они образуют на нем плотный слой отрицательно заряженных частиц. Этот слой отталкивает приближающиеся частицы того же знака, и они уносятся также потоком газа из аппарата. Чтобы исключить подобное явление, электроды периодически встряхивают либо увеличивают проводимость взвешенных частиц путем увлажнения газа перед очисткой.

Частицы жидкости обладают достаточно высокой электропроводностью и обычно хорошо смачивают поверхность электродов. Поэтому они быстро отдают осадительному электроду свой заряд и стекают по его поверхности.