電気ガス洗浄 - 電気集塵機の動作の物理的基礎
強い電場の作用領域を塵のようなガスを通過させると、理論的には塵の粒子が発生します。 電荷を得る そして加速し始め、電界の力線に沿って電極に移動し、続いて電極上に堆積します。
しかし、均一な電場の条件下では、電極間のギャップの破壊が確実に起こるため、質量イオンの生成による衝突イオン化を得ることができません。
しかし、電場が不均一であれば、インパクトイオン化によってギャップが破壊されることはありません。これは、たとえば次のように適用することで実現できます。 中空円筒形コンデンサ、中心電極の近くでは、電界応力 E は外側の円筒電極の近くよりもはるかに大きくなります。
中心電極付近では、電界強度が最大となり、そこから外側電極に向かうにつれて、強度 E は最初に急速かつ大幅に減少し、その後、徐々に減少し続けます。
電極に印加する電圧を増加させることで、まず一定の飽和電流が得られ、さらに電圧を増加させることで、中心電極の電界強度が臨界値まで増加し、衝撃が始まる様子を観察できるようになります。近くでイオン化。
電圧がさらに増加すると、インパクトイオン化はシリンダー内のますます広い領域に広がり、電極間のギャップの電流が増加します。
その結果、コロナ放電が発生するため、 イオンの生成は塵粒子を帯電させるのに十分ですただし、最終的にギャップを解消することは決して起こりません。
ガス中の塵粒子を帯電させるためにコロナ放電を発生させるには、円筒形コンデンサだけでなく、電極間に不均一な電場を提供できる異なる構成の電極も適しています。
たとえば、広く普及している エレクトロフィルター、平行板の間に取り付けられた一連の放電電極を使用して不均一な電場が生成されます。
臨界応力とコロナが発生する臨界応力の決定は、対応する解析上の依存関係によって行われます。
不均一な電場では、不均一度の異なる 2 つの領域が電極間に形成されます。コロナ領域は、薄い電極付近で反対符号のイオンと自由電子の生成を促進します。
自由電子はマイナスイオンとともにプラスの外側電極に突入し、そこでマイナスの電荷を与えます。
ここでのコロナはかなりの体積によって区別され、電極間の主空間は自由電子と負に帯電したイオンで満たされています。
管状電気集塵機では、除塵されるガスは、管の中心軸に沿って張られた 2 ～ 4 mm の電極を備えた直径 20 ～ 30 cm の垂直管を通過します。捕集された粉塵がチューブの内面に沈着するため、チューブは収集電極として機能します。
板状集塵機は、板の中央に放電電極が並んでおり、粉塵が板上に堆積し、粉塵ガスがこの集塵機を通過すると、粉塵粒子にイオンが吸着されて急速に帯電します。帯電中、塵粒子は収集電極に向かって移動する際に加速されます。
外側ゾーンにおける塵の移動速度の決定要因 コロナ放電 は、電場と粒子の電荷および空気力学的風力との相互作用です。
塵粒子を捕集電極に向かって移動させる力— 粒子の電荷と電極の電場との相互作用のクーロン力… 粒子が収集電極に向かって移動すると、有効クーロン力はヘッド抗力によってバランスがとれます。捕集電極への粒子の漂流速度は、これら 2 つの力を等式化することによって計算できます。
電極上での粒子の堆積の質は、粒子のサイズ、速度、導電率、湿度、温度、電極表面の品質などの要因に影響されます。しかし、最も重要なことは塵の電気抵抗です。最大の 抵抗 塵は次のグループに分類されます。
比電気抵抗が 104 Ohm * cm 未満の塵埃
このような粒子が正に帯電した収集電極に接触すると、直ちに負の電荷を失い、電極上に瞬時に正の電荷が得られます。この場合、パーティクルが電極からすぐに持ち去られやすくなり、洗浄効率が低下してしまいます。
比電気抵抗が 104 ～ 1010 Ohm * cm の塵埃。
このような塵は電極によく付着し、パイプから簡単に振り落とされ、フィルターは非常に効率的に機能します。
比電気抵抗が 1010 Ohm * cm を超える塵埃。
電気集塵機ではホコリが捕集されにくい。沈殿した粒子は非常にゆっくりと排出され、電極上の負に帯電した粒子の層が厚くなります。帯電層は、新たに到達する粒子の堆積を防ぎます。洗浄効率が低下します。
電気抵抗が最も高い粉塵 - マグネサイト、石膏、鉛酸化物、亜鉛など。温度が高くなるほど、最初に粉塵抵抗がより激しく増加し（水分の蒸発により）、その後抵抗が低下します。ガスを湿らせ、それに試薬（または煤やコークスの粒子）を加えることで、塵の抵抗を減らすことができます。
フィルタに入ると、ダストの一部がガスによって拾われ、再び運び去られる可能性があります。これはガスの速度と収集電極の直径によって異なります。すでに捕捉されている粉塵をすぐに水で洗い流すことで、二次飛沫の飛来を軽減できます。
フィルタの電流電圧特性 いくつかの技術的要因によって決まります。温度が高くなるほど、コロナ電流も大きくなります。ただし、耐圧の低下によりフィルタの安定動作電圧が低下します。湿度が高いほどコロナ電流は低くなります。ガス速度が高いほど、電流は低くなります。
ガスがきれいであればあるほど、コロナ電流が高くなるほどガスの塵は多くなり、コロナ電流は低くなります。結論としては、イオンは塵よりも 1000 倍以上速く移動するため、粒子が帯電するとコロナ電流が減少し、フィルター内の塵が多くなるほどコロナ電流も低くなります。
非常に粉塵の多い条件 (Z1 25 ～ 35 g/m23) では、コロナ電流がほぼゼロに低下し、フィルターが機能しなくなります。これをリューズロックといいます。
コロナがロックされると、塵粒子に十分な電荷を与えるためのイオンが不足します。リューズが完全にロックされることはほとんどありませんが、電気集塵機は粉塵の多い環境では十分に機能しません。
冶金学では、低エネルギー消費で塵を最大 99.9% 除去する高効率を特徴とするプレート型電解フィルターが最もよく使用されます。
電気フィルターを計算する際には、その性能、動作効率、コロナを生成するためのエネルギー消費、および電極の電流が計算されます。 フィルターのパフォーマンスは、アクティブなセクションの面積によってわかります。
エレクトロフィルターのアクティブセクションの面積を把握し、特別なテーブルを使用して適切なフィルター設計を選択します。フィルター効率を求めるには、次の式を使用します。
塵粒子のサイズが気体分子の平均自由行程 (約 10-7m) と一致する場合、その逸脱速度は次の式で求められます。
大きなエアロゾル粒子の漂流速度は次の式で求められます。
各粉塵画分に対するフィルターの効率は個別に算出され、その後、電気集塵機の全体的な効率が確立されます。
フィルター内の電場の動作強度は、フィルターの構造、電極間の距離、コロナ電極の半径、イオンの移動度によって異なります。エレクトロフィルターの通常の動作電圧範囲は 15 * 104 ～ 30 * 104 V/m です。
摩擦損失は通常計算されず、単純に 200 Pa と仮定されます。コロナを生成するためのエネルギー消費は次の式で求められます。
冶金粉塵を収集するときの電流は次のように確立されます。
エレクトロフィルターの電極間距離は、その構造によって異なります。集塵電極の長さは、必要な集塵の程度に応じて選択されます。
電気集塵機は通常、清浄な誘電体や清浄な導体から塵を捕集するためには使用されません。 問題は、高導電性粒子は帯電しやすいものの、収集電極ですぐに排出されるため、すぐにガス流から除去されてしまうことです。
誘電粒子が収集電極に付着すると、その電荷が減少し、逆コロナの形成につながり、フィルターが適切に機能しなくなります。電気集塵機の通常動作時の粉塵含有量は 60 g / m23 未満で、電気集塵機の使用最高温度は +400 °C です。
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