• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Заряд частинки в електричному полі

Электроформоутворення

В основі електронно-іонної технології лежать наступні явища.

Електроосмос—рух рідини відносно твердого тіла під дією електричного поля.

Електрофорезабо катафорез - рух частинок, зважених у рідині або газі під впливом електричного поля.

Електродіаліз—явища, які складають діаліз (очищення розчинів від електролітів) і електрофорез.

Зазначені явища протікають в електростатичних установках. При масопереносі в таких установках електричне поле переміщає не іони, як це відбувається при електролізі, а макрочастки речовини, що складаються з великої кількості молекул.

Електроосмос використовується для видалення надлишкової вологи з ґрунтів при прокладці транспортних магістралей і гідротехнічному будівництві, для сушіння торфу, зневоднювання пористих матеріалів, очищення води, технічних рідин і т.д.

В електростатичних установках протікання процесів обумовлене виникаючими кулонівськими силами. Для їхнього виникнення частинки повинні бути заряджені.

На практиці використовуються в основному три принципи зарядки частинок:

1) шляхом осадження на поверхні частинки іонів з обсягу газу, що оточує частинку;

2) шляхом електростатичної індукції, тобто поділу зарядів в електричному полі;

3) шляхом механічної, хімічної і теплової електризації.

Процес зарядки частинок шляхом механічної, теплової чи хімічної електризації складний і мало вивчений, оскільки в його основі лежать складні молекулярні процеси.

Найбільше часто в установках ЕІТ використовується зарядка частинок шляхом осадження іонів на їхню поверхню через досить високу ефективність, тобто великого значення заряду, що здобувається частинками. Джерелом іонів у цьому випадку може бути коронний розряд.

Якщо в газове середовище помістити електроди і подать на них напруга від джерела ЕРС, то під впливом електричного поля деяка кількість заряджених частинок, що знаходяться в середовищі, рухається в цьому полі. Викликаний рухом частинок електричний струм дуже малий. Цей струм істотно збільшиться, якщо в газі виникне іонізатор, що обумовлює різке збільшення числа іонізованих часток. Одним з таких іонізаторів може бути коронний розряд, що виникає в неоднорідному електричному полі. Таке поле має місце в системі двох коаксіальних електродів, якщо їхні радіуси різко відрізняються за значенням. Причому діаметр внутрішнього (коронуючого) електрода менший за діаметр зовнішнього (осаджуючого).

Якщо на коронуючий і осаджуючий електроди електрофільтра подати напругу і постійно підвищувати її, то між ними при певному значенні напруженості електричного поля виникає електричний розряд, який має ВАХ, показану на мал. 18.1. На ділянці характеристики а б струм збільшується при підвищенні U, що пов'язано з виникненням нових носіїв зарядів. При подальшому збільшенні U і досягненні початкової напруги між електродами виникає коронний розряд (ділянка б в).

Середовище, що піддається електростатичному очищенню (двохфазна суміш-газ і тверді частки, газ і краплі рідини і т.д.), пропускається через міжелектродний канал. При цьому на тверду чи рідку фазу суміші впливає електричне поле.

Процес зарядки частинки в іонному полі коронного розряду полягає в тому, що під дією електродинамічних сил на частинці поступово накопичується деяка кількість елементарних зарядів. Процес зосередження зарядів на частинці протікає не миттєво, і в окремих випадках для одержання максимального заряду частинки необхідно значний час.

Іони осідають на поверхню частинки за рахунок наступних сил.

Перша сила створюється зовнішнім електричним полем, частина силових ліній якого перетинає поверхню частинки. Іони, що рухаються по них, зіштовхуються з частинкою й утримуються на її поверхні за рахунок сил дзеркального відображення.

Друга силаобумовлена поляризацією частинки в зовнішнім полі. Це приводить до скривлення силових ліній результуючого (зовнішнього і поляризаційного) поля і збільшенню числа ліній, що перетинають поверхню частинки. На частинку потрапляють ті іони, які у її відсутність не перетинали б області, обмеженої поверхнею частинки.

Третя сила дзеркального відображення діє на частинки й іони, що рухаються поблизу поверхні. Під її впливом ще деяка кількість іонів осяде на поверхні частинки.

Четверта сила обумовлена поглинаючим дією поверхні частинки. Тому концентрація іонів поблизу частинки виявиться менше, ніж удалині. Заряджена частинка до того ж створює відразливе кулонівське поле, що має максимальне значення поблизу її поверхні. Унаслідок наявності градієнта концентрації виникає дифузія іонів до частинки, що прагне вирівняти концентрацію. У результаті ще частина іонів зможе осісти на частинці.

2. Електростатичні промислові установки.

2.1. Принцип дії і пристрій електрофільтрів.

Електрофільтр, як агрегат, складається з наступних основних елементів (мал. 19.1):ї

1) система підготовки газів для подачі в електрофільтр, у яку входять пристрій для зволоження газу і вирівнювання профілю швидкостей;

2) джерело живлення — підвищувальний трансформатор у комплекті з регулюючим автотрансформатором і високовольтний випрямляч;

3) власне електрофільтр .

Процес впливу поля на частки речовини в електрофільтрах включає дві стадії:

а) попереднє безконтактне зарядження частинок;

б) осідання частинок за рахунок кулонівської взаємодії їхніх зарядів з електричним полем.

Принцип дії електрофільтра полягає в наступному. Від джерела живлення через ізолююче введення на коронуючий електрод і осадчий електрод подається висока напруга постійного струму.

Між електродами виникає різко неоднорідне електричне поле. Необхідна різниця потенціалів U₀ для виникнення коронного розряду в електрофільтрі визначається за відомим значенням E₀ для відповідної системи електродів. В міру підвищення напруги після виникнення коронного розряду струм швидко зростає. При подальшому підвищенні напруги коронний розряд може перейти в іскровий. Робочі струми в електрофільтрі звичайно складають порядку 0,1—0,5 мА /м довжини електрода.

При досягненні різниці потенціалів між електродами електрофільтра значення 50—80 кВ, напруженість електричного поля здатна надати вільним електронам і іонам газу швидкість вище критичної. Енергія таких електронів стає достатньою для ударної іонізації нейтральних часток. Іони, які утворяться при цьому, і вільні електрони розганяються електричним полем до критичних швидкостей і іонізують, у свою чергу, інші атоми і молекули. Цей процес наростає лавиноподібно. Подібна іонізація називається коронуванням.Після утворення корони в електрофільтрі виникають дві різні зони. Перша з них розташована навколо коронуючого електрода. Вона заповнена позитивно і негативно зарядженими іонами й електронами. Друга зона займає простір між короною й осадчим електродом, вона заповнена тільки негативними іонами й електронами. Тому при проходженні через порожнину електрофільтра запиленого газу більшість порошин одержує негативний заряд і направляється до позитивного осаджуючого електроду 7. Осаджуючі електроди періодично струшуються спеціальними механізмами 8 і осілий на них пил обсипається в бункер 9.

Практично за рахунок створення безупинного коронного розряду енергія, затрачувана в електрофільтрі для виділення зважених часток, у кілька разів більша, ніж розрахована теоретично. Однак вона значно менше потужності, що витрачається для виділення зважених часток з газового потоку в апаратах газоочистки інших типів.

Оскільки ефективність електрофільтра підвищується з ростом значення струму й амплітудного (ефективного) значення напруги, необхідно прагнути до збільшення корисної потужності, затрачуваної на роботу електрофільтра.

Для забезпечення оптимальної ефективності роботи споживана електрофільтром потужність не повинна обмежуватися. Електрофільтр навіть великого розміру, наприклад електрофільтр ДГПН-55-3, що очищає близько 100м³/с димових газів (360000 м³/ч) від золи при витраті електроенергії близько 0,83 МДж на 1000 м³/год (0,23 кВт /ч на 1000 м³), споживає всього 83 кВт. Обмеження споживаної потужності веде до невеликої економії енергії, але супроводжується різким зниженням ступеня очищення газів.

Економічний ефект досягається, з установкою електрофільтрів, дуже значний, оскільки пил, що уловлюється електрофільтром, часто являє велику цінність, у ній містяться срібло, мідь, нікель, сурма, цинк, свинець, магній та ін.

Соціально-суспільний гігієнічний ефект електрофільтрів важко переоцінити, тому що підприємства енергетичної (теплові електростанції) і металургійної промисловості викидають у повітря величезна кількість усіляких газів, що забруднюють атмосферу і навколишнє середовище.

Створено й успішно експлуатуються електрофільтри для очищення повітря у тваринницьких приміщеннях і на птахофермах з великою запиленістю і бактерицидною дією. Такі агрегати (U=7 кВ, I=80—100 мкА) уловлюють більш 90 % пилових часток з діаметром більш 1 мк і 80 % мікроорганізмів, маючи при цьому продуктивність 350—420 м³/год повітря.

Конструкція електрофільтрів. Конструкцію електрофільтра конкретного призначення в основному визначають технологічні умови його роботи: склад і властивості газів, що очищаються, і зважених часток, що містяться в газах, температура, тиск і вологість газів, що очищаються, необхідний ступінь очищення і т.д.

Електрофільтри підрозділяють на дві групи:

однозонні, у яких зарядка й осадження частинок відбуваються в одній конструктивній зоні, де розташовані коронуюча й осаджуюча системи;

двохзонні, у яких зарядка й осадження частинок відбуваються в двох конструктивних зонах: у першій розташовується коронуюча система -іонізатор, у другий - осаджуюча система - осаджувач.

За конструкцією осаджуючого електрода електрофільтри підрозділяють на трубчасті і пластинчасті.

Трубчастий електрофільтр виготовляють зі сталевих труб, які називають осаджуючими електродами. По осі труб натягнутий дріт - коронуючий електрод.

Пластинчастий електрофільтр збирають з ряду рівнобіжних металевих пластин або частого ряду дротів, які є осаджуючими електродами. Між рядами осаджуючих електродів підвішують дротові коронуючі електроди.

В одному корпусі пластинчастого електрофільтра може бути розміщено ряд незалежних, послідовно розташованих систем електродів (електричних полів). По числу полів такі електрофільтри називаються двох-, три-, чотирьох- і багатопільними.

Пластинчасті електроди уловлюють як рідкі, так і тверді частки. Електричне поле в них трохи слабше, ніж у трубчастих, але зате вони простіше у виготовленні і струшувати електроди в них значно легше, ніж у трубчастих.

До допоміжного устаткування електрофільтрів відносяться вузли підведення, розподілу і відводу газів, що повинні забезпечувати рівномірний розподіл газів по перетині кожного з паралельно працюючих електрофільтрів, а також вхідні і вихідні колектори, що мають перетин, який відповідає кількості газів, що пропускаються, на окремих ділянках. Для регулювання кількості газів, що пропускаються через секції електрофільтрів, на вихідних ділянках газопроводів установлені дросельні заслінки. На вході в електрофільтр встановлені спеціальні газорозподільні пристрої у вигляді дифузорів, що направляють лопатки, ґрати і т.д. На виході електрофільтра найчастіше роблять плавний перехід від перетину електрофільтра до перетину газопроводу або димаря.

У корпусі електрофільтра розміщені коронуючі та осаджуючі електроди. Тут збирається продукт, що уловлюється. При використанні трубчастих осаджуючих електродів корпус іноді виконують із двох частин: нижньої — вхідної коробки з бункерами і верхньої — вихідної коробки. У цьому випадку осаджуючі електроди розташовані відкрито між коробками.

Корпус виготовляють зі сталі (звичайної чи спеціальної), алюмінію й інших металів або з цегли, залізобетону й інших матеріалів. При необхідності його футерують і постачають теплоізоляцією.

Коронуючі електроди повинні мати особливу форму для створення інтенсивного і досить однорідного коронного розряду; механічною міцністю і твердістю для забезпечення тривалої служби електродів в умовах вібрації і розгойдування під впливом сил електричного поля, впливу механізму струшування і газового потоку, що рухається; стійкістю в газовому середовищі, що може мати підвищену температуру і містити агресивні компоненти.

Конструкції коронуючих електродів підрозділяють на дві групи.

До першої групи відносяться електроди, що не мають фіксованих розрядних точок і при негативній короні точки розряду розподіляються по поверхні електрода в залежності від стану цієї поверхні і від режиму роботи електрофільтра.

До другої групи відносяться електроди з фіксованими точками розряду по їх довжині. В якості таких точок, на поверхні електрода розташовані вістря чи шипи. Типовим коронуючим електродом з фіксованими точками є колючий дріт. Застосовуються також електроди зі стрічки, кутника зі штампованими зубцями або шипами. Іноді шипи розташовуються на електродах квадратного або іншого профілю.

Коронуючі електроди першої групи застосовуються в трубчастих і пластинчастих електрофільтрах, а другої групи — переважно в пластинчастих.

Осаджуючі електроди трубчастих електрофільтрів виконують із труб круглого, квадратного чи шестикутного перетину. Осаджуючі електроди мокрих пластинчастих електрофільтрів являють собою гладкі пластини.

Надійність роботи електрофільтрів визначається в основному станом електродів, більшість яких експлуатується в умовах підвищеної температури й агресивного пилегазового середовища. Тому такі відповідальні вузли доцільно виготовляти з матеріалів підвищеної якості — конструкційних і спеціальних сталей, а також застосовувати термообробку електродів для запобігання деформації при зміні температури в процесі експлуатації. Для мокрих електрофільтрів осаджуючі електроди можна виготовляти з вугілля, графіту, дерева, цегли, пластмас і т.д.

Для видалення з електродів уловленого продукту (якщо він не віддаляється самопливом) у мокрих електрофільтрах використовують пирскавки і форсунки, за допомогою яких періодично або безупинно промивається поверхня електродів. Коронуючі електроди промивають також через надіті на них лійки, які заповнені промивною рідиною.

У сухих електрофільтрах для видалення з електродів уловленого продукту застосовують різні механізми струшування. Ними можуть бути ударно-молотковий, пружинно-кулачковий, магнітно-імпульсний та ін.

Для подачі високої напруги до осаджуючих електродів електрофільтра прокладають сталеву шину позитивної полярності, яку у декількох місцях приєднують до контуру заземлення. Розриви лінії позитивної полярності від випрямляча до електрофільтру неприпустимі, тому що в цьому випадку дотик до лінії позитивної полярності випрямляча може призвести до враження електричним струмом. Для запобігання цього в самому випрямлячі лінія позитивної полярності забезпечена іскровим запобіжником — прямим відгалуженням до заземлення через невеликий повітряний проміжок. При розриві ланцюга цей проміжок пробивається іскрою і струм у ланцюзі заземлення відновлюється автоматично.

До коронуючих електродів струм підводиться по високовольтному броньованому одножильному кабелі.

У випадку невеликої відстані від підстанції до електрофільтрів до них можна підводити струм по сталевих шинах діаметром 10—12 мм, розташованим на опорних ізоляторах усередині захисних кожухів.

Читайте також:

1. Акумуляторні батареї та зарядні пристрої.
2. Власна енергія зарядів.
3. Генератор папруги пилкоподібної форми без засобів стабілізації заряду конденсатора
4. Генератор папруги пилкоподібної форми зі стабілізацією струму заряду конденсатора
5. Генерація і рекомбінація носіїв в області об’ємного заряду
6. Гігієнічні норми впливу на людину в електричному полі різної напруженості.
7. Дифузія носивїв заряду у напівпровідниках
8. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків
9. Електрична взаємодія зарядів. Закон Кулона
10. Електричне поле декількох зарядів
11. Електричне поле точкового заряду.
12. Електричне поле –особливий вид матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між зарядами.

Переглядів: 2093