Методы расчета и подбора электрофильтров

Методы расчета и подбора электрофильтров

Методы расчета и подбора электрофильтров можно рассчитать, если известны два любых компонента из трех: содержание пыли по массе в дымовых газах, поступающих в электрофильтр, С_вх, кг/с; содержание пыли о массе, уловленной аппаратом в единицу времени, G_ул, кг/с; содержание пыли по массе в очищенном газе, т. е. на выходе из фильтра, G_вых. В этом случае эффективность, %, определяется по одной из формул:

ȵ = (G_ул/G_вх) 100 (4.5)

ȵ = G_ул×100/(G_ул + G_вых) (4.6)

На практике методы расчета и подбора электрофильтров эффективность аппаратов обычно определяют, исходя из данных о концентрации пыли в газах, г/м³, и их объемных расходах, м³/с, на входе и выходе из электрофильтра (Z_вх, Z_вых,V_вх,V_вых) которые определяются любым, пригодным для данных условий методом:
(4.7)

Однако такой способ оценки работы электрофильтра является относительным. На практике технологический расчет электрофильтра сводится к определению времени пребывания пылегазового потока в аппарате с учетом всех факторов, влияющих на процесс электрической фильтрации газов.

Рис. 4.36. Номограмма для проведения расчетов по формуле ȵ = 1- е.

Теоретическое выражение степени очистки газов в электрофильтре было получено Дейчем. Для пластинчатого аппарата формула имеет вид:

ȵ = 1 - е ^{- wL/vH} (4.8)

для трубчатого фильтра

ȵ = 1 - е ^-2wL/vR (4.9)

где w - скорость дрейфа частиц, см/с; L - длина энергетического поля; v - скорость газа в активном сечении аппарата, м/с; R - диаметр осадительного электрода м.

При выводе формул (4.7) и (4.8) сделаны следующие допущения: движение частиц пыли в направлении осадительного электрода происходит с постоянной скоростью дрейфа частиц; скорость газового потока в электрофильтре постоянна; вторичный пылеунос отсутствует; закон распределения концентрации пыли для каждого поперечного сечения электрофильтра одинаков и не зависит от расстояния до входа в аппарат, т. е. выполняется условие

z_x√z_x = x = const,

где z_x - концентрация частиц у осадительного электрода в поперечном сечении аппарата, отстоящем на расстоянии х от входа в электрофильтр; z_x -средняя концентрация частиц в этом же сечении; x - коэффициент неравномерного распределения частиц по сечению. В общем случае для любого электрофильтра можно записать

ȵ = 1- e^-wf (4.10)

Отношение S/V = f называется удельной поверхностью осаждения и характеризует площадь осаждения приходящуюся на 1 м³/с очищаемых газов, где S - поверхность осадительных электродов, м²; V - объемный расход очищаемых газов, м³/с.

Из формулы (4.10) видно, что для определения степени очистки электрофильтра необходимо знать его удельную поверхность осаждения, т е. геометрические размеры аппарата, время пребывания газов в электрофильтре и значение скорости дрейфа частиц (рис. 4.36). На практике за величину скорости дрейфа рекомендуется принимать ее значение, полученное из опыта работы аппаратов в аналогичных или близких условиях. Например, при расчете электрофильтров для улавливания некоторых видов золы и пылей принимаются следующие значения скорости дрейфа частиц, см/с:

В общем случае f равно отношению общей площади осадительных электродов, м², к объемному расходу фильтруемых газов.

Величина w_f прямо пропорциональна размеру электрофильтра. Например, фильтр, рассчитанный на степень очистки 99%, больше фильтр рассчитанного на степень очистки 90 %, в отношении: 4,6/2,3 = 2. Для наглядности этих зависимостей приведены значения основных параметров электрофильтра типа УГ при улавливании магнезитовой пыли. Однако приведенные зависимости могут служить лишь для ориентировочных расчетов. Для исключения ошибок делаются попытки унифицировать методы расчета электрофильтров. Одна из таких методик разработана Семибратовским филиалом НИИОгаза.

Методы расчета и подбора электрофильтров, содержащие для расчета парциальной степени очистки экспоненциальную зависимость от скорости пылегазового потока, дает возможность учитывать влияние многих факторов, участвующих в процессе электрической фильтрации, в том числе проскока частиц через неактивные зоны аппарата, вторичного уноса частиц, неоднородности поля концентраций пылегазового потока, неравномерности газораспределения, также влияния режимов питания электрофильтров током высокого напряжения.

В процессе расчетов, реализуемых помощью ЭВМ, учитываются геометрические размеры электродной системы.

Рис. 4.37. Блок-схема расчета степени очистки газов электрофильтром на ЭВМ "Мир-2"

На рис. 4.37 приведена блок схема расчета степени электрофильтром, выполненная на ЭВМ. Для расчета используют следующие основные параметры: L₁ - относительная длина электрофильтра; L₀ - относительная длина одного поля электрофильтра; r₀ - эквивалентный радиус коронируюшего электрода, м; d₀ – относительное расстояние между коронирующими электродами; Е₀ - напряженность электрического поля у коронирующего электрода; U - рабочее напряжение на электродах электрофильтра, В; ȵ_ф - фракционная (парциальная эффективность) электрофильтра; N - число полей электрофильтра; w_ф - эффективная скорость дрейфа частиц, см/с. На базе этой  методики разработан упрощенный вариант зависимости для расчета общей эффективности электрофильтра:

ȵ = 1 - ехр (- Кун Aβ^0,42) (4.11)

Кун - обобщенный коэффициент вторичного уноса; А и β - безразмерные параметры. Параметр β, аналогичный по структуре показателю экспоненты в формуле (4.10), вычисляется по формуле

β = ɛ₀ Е₂ d5₀ L/(wk_wμH) (4.12)

где ɛ₀ - диэлектрическая постоянная, Кг/(Нлм²); Е – напряженность поля у осадительного электрода, В/м; d₅₀ - медианный диаметр частиц, L - активная длина электрофильтра, м; w - средняя скорость газа в активном сечении, м/с; k_w - коэффициент неравномерности газораспределения; μ - динамическая вязкость газа, Н-с/м²; Н – расстояние между коронирующим и осадительным электродом, м. Параметр β зависит от отношения площадей активной и неактивной зон электрофильтра среднего квадратичного отклонения размеров частиц а и параметра к:
(4.13)

где Т - температура газа, К; р - давление газа, мм. рт. ст Значения параметра А определяются по графикам (рис. 4.38. а) для F* = 0,91 (электрофильтры типа УГ) или (рис. 4.38,б) для F* = 1 (электрофильтры, в которых неактивные зоны отсутствуют или надежно перекрыты для прохода газа). Для электрофильтров, в которых значения F* отличаются от этих величин, эффективность может быть рассчитана по формуле

ȵ = 1 - F* exp (-K_ун Аβ ^0.42) – (1 - F* ) exp (-Kун Аβ ^0.42/4)  (4.14)

где значения параметра А принимаются из условия F* =1.

Обобщенный коэффициент вторичного уноса для пылей с удельным электрическим сопротивлением 5 × 106 ≤ р ≤ 5×109 Ом-м определяется из выражения

К_ун  = 1 - 0,275k₁,k₂,k₃ (4.15)

где k₁ - коэффициент относительной высоты осадительных электродов:

k₁= (h/h₀) ^0.51(4.16)

k₂ - коэффициент относительной скорости газа:

k₂ = (w/w₀) ^0.35 (4.17)

k₃ - коэффициент относительной пылеемкости электродов:

k₃ = ехр (- 1,72m/m0). (4.18)

Коэффициенты k₁, k₂, k₃ определяются с учетом соответствующих  базовых значений h₀ = 8 м; w₀ = 1 м/с; m₀ = 1 кг/м². Средняя погрешность расчета уноса пыли из электрофильтра (1 - ȵ) по приведенной методике не превышает 20 % экспериментально измеренного уноса для второй группы, т. е. при отсутствии обратной короны в электрофильтрах (см. ниже).

Рис. 4.38. Зависимость параметров А от К.

а - для F* = 0.91; б - для F* =1

Методы расчета и подбора электрофильтров выведены на основании данных о работе действующих электрофильтров, имеющих определенную конструкцию и работающих в конкретных условиях. Поэтому применение их ограничено и не может быть автоматически перенесено на электрофильтры других типов.

В последние годы наметилась практика выдачи гарантийных характеристик эффективности электрофильтра в зависимости от параметров конкретного технологического процесса.

Рис. 4.39. Гарантийные характеристики электрофильтра.

а - ȵ; б - K₁, в – К₂; в - Кз; д - К₄