> Техника, страница 97 > Электрические фильтры

Электрические фильтры

Электрические фильтры, аппараты К о т p е л я (по имени их изобретателя) служат для выделения из промышленных газов взвешенных в них твердых или жидких частиц, то есть пыли или жидкой фазы тумана, помощью электрического воздействия. При этом используются свойства так называемым коронирующих электрич. конденсаторов, то есть конденсаторов, у которых концентрация силовых линий у поверхности одного электрода сильно разнится от таковой у поверхности другого. В качестве ^Фиг· *· примера на фигуре 1 и 2 приведены типичные для Э. ф. схемы, а именно: цилиндрич. конденсатора, где одним электродом является труба, а другим — расположенная по его оси проволока (фигура 1), и плоско-цилиндрического, где одним

полюсом служат две пластины, а другим — ряд расположенных между ними проволок (фигура 2). Стрелками изображены силовые линии электрич. поля, причем направление этих стрелок от трубы или плоскостей к проволокам показывает, что проволоки являются отрицательными электродами, а труба и плоскости — положительными в соответствии с применяемой в Э. ф. полярностью. Диэлектриком этих конденсаторов служит подлежащий очистке газ. Повышая приложенное к этим конденсаторам напряжение, при нек-ром значении последнего достигают в газе, в зонах, непосредственно прилегающих к проволокам, достаточно высокой концентрации силовых линий, чтобы в этих зонах началась ионизация толчком. Процесс ионизации толчком внешне сопутствуется свечением в зонах, прилегающих к проволокам, и характерным шумом. Комплекс этих явлений называется короной.

Фигура 2.

Корона — неотъемлемая часть процессов, происходящих в Э. ф. Ионизация толчком ведет к образованию в зонах, прилегающих к проволокам (зонах короны), большого количества положительных и отрицательных ионов и электронов. Положительные ионы под действием электрич. поля будут двигаться к отрицательным электродам, то есть к проволокам; отрицательные же ионы и электроны, выйдя из зон короны наружу, продолжают свое движение через остальную толщу газа и дойдут до положительных электродов, то есть до трубы или плоскостей. При соприкосновении с электродами заряды ионов и электронов нейтрализуются зарядами, подошедшими от источника напряжения, чем и обусловливается наличие при короне тока, протекающего как через газ конденсатора, так и через источник напряжения и соединяющие их провода. Следовательно корона потребляет нек-рую мощность. Поскольку диэлектриком конденсатора является не чистый газ, а содержащий пыль или капельки жидкости (жидкую фазу тумана), ионы и электроны при своем движении могут столкнуться с пылинками или капельками и передать им свой заряд. Тогда эти пылинки или капельки, сами приобретя заряд, будут двигаться под действием электрич. поля. Т. к. положительные ионы имеются лишь в зонах короны, то положительный заряд могут принять лишь пылинки и капельки, протекающие через эти зоны. Вне зон короны имеются лишь отрицательные ионы и электроны, следовательно пылинки и капельки, протекающие вне зон короны, могут воспринять лишь отрицательный заряд. Но объём зон короны составляет лишь небольшую часть от всего объёма электрического поля конденсатора, кроме того лишь часть пылинок и капелек, протекающих через зоны короны принимает положительный заряд (в зонах короны имеются не только положительные, но и отрицательные ионы и электроны). Поэтому большинство пылинок и капелек зарядится отрицательно и будет двигаться к положительным электродам, меньшинство же зарядится положительно и будет двигаться к отрицательным электродам. Заряженная пылинка или капелька, достигнув поверхности электрода, отдает электроду свой заряд, сама же остается или прилипшей к нему (пылинка) или будет стекать с электрода капелька).

С помощью Э. ф. возможно улавливать лишь пыль или жидкую фазу тумана, но не газ. Дрй-ствительно, когда на поверхности электрода раз-

ряжается ион, то он вновь превращается в нейтральную газовую молекулу и начинает двигаться от поверхности электрода, подчиняясь законам теплового движения. У нас нет средств зафиксировать газообразную молекулу на поверхности элеюрода, не переведя ее предварительно поглощением каким-либо жидким или твердым веществом в жидкую или соответственно твердую фазу или достигнув перевода ее в жидкость или пыль каким-либо другим способом. Таким способом практически всегда является предварительное охлаждение газа. Как указано выше, коронирующие электроды (проволоки) должен быть минусом конденсатора. Если к конденсатору приложить переменное напряжение, например в 50 Hz, то направление силовых линий будет меняться 100 раз в ск. и заряженная пылинка или капелька будет испытывать столько же импульсов, попеременно бросающих ее то в одну то в другую сторону. Это явление усложнится еще перезарядкой пылинки или капельки (перемена знака ее заряда). О систематичном движении пылинки или капельки к какому-либо электроду при переменном напряжении не может быть и речи. Поэтому питание производят постоянным напряжением, при котором пылинка или капелька испытывает от электрич. поля силу, всегда двигающую ее в одном направлении. Что же касается выбора полярности, то питание корони-рующих электродов отрицательным напряжением— правило, указываемое опытом. При этой полярности пробой через газ наступает при более высоком напряжении, нежели в случае питания коронирующих электродов положительным напряжением, следовательно при отрицательных коронирующих электродах можно держать на конденсаторе более высокое напряжение, что улучшает процесс очистки. Кроме вышеописанного процесса передвижения пылинок и капелек, передвижения, обусловленного взаимодействием электрич. поля конденсатора с зарядом, воспринятым пылинками и капельками от ионов и электронов, в конденсаторе происходят и другие процессы, приводящие в движение пылинки и капельки. Таким процессом является образование в газе потоков и вихрей, как следствие движения ионов и электронов, ударяющих при своем движении нейтральные газовые молекулы и. придающие им направленное движение. Эти потоки и вихри увлекают пылинки и капельки.

По современным воззрениям эти два указанных типа движения, то есть движение пылинок и капелек как заряженных тел, перемещающихся под действием электрич. поля, и движение пылинок и капелек как тел, увлекаемых газовыми потоками и вихрями, являются основными в процессах, происходящих в Э. ф. Практически главная масса пыли по причинам, указанным выше, осаждается на положительных электродах, носящих поэтому наименование осадительных. Поскольку они по конструктивным соображениям всегда заземлены, их называют также заземленными. На коронирующих электродах осаждается наименьшее количество пыли, иногда же осадка на них вовсе нет. Осадок пыли на электродах ухудшает работу в Э. ф., т. к. при проводящих пылях наличие осадка равносильно уменьшению расстояния между электродами, что ведет к пробою, а при пылях, обладающих изолирующими свойствами, осадок затрудняет прохождение тока через Э. ф. Есть пыли, которые могут держаться на электродах лишь очень тонким слоем, т. к. они очень сыпучи и сами собой легко осыпаются; характерным представителем такого рода пыли является кальцинированный глинозем. Другие осыпаются с электродов лишь при сотрясении последних. Таких пылей большинство. При улавливании капелек жидкости они, как указано выше, сами собой стекают с электродов. Газ, протекающий через Э. ф., если пренебречь некоторым образованием озона и окислов азота, никаким изменениям не подвергается. Исключение составляют углеводороды, при наличии которых наблюдались нек-рые химические реакции, происходящие под действием электрич. поля. Однако в условиях Э. ф. эти реакции протекают в ограниченной степени. Практический интервал темп-p, в к-ром работают Э. ф., простирается от 0 до 450°. Однако если при низкой темп-ре улавливание всех пылей и из всех газов идет безотказно, то по мере повышения темп-ры нек-рые пыли ловятся все хуже и хуже, а другие и вовсе не поддаются улавливанию в Э. ф. без применения особых мер. Причина этого явления в том, что нек-рые пыли при повышенной темп-ре не воспринимают заряда. Мерой борьбы с этим явлением служит охлаждение газов, а также обычно сопутствуемое охлаждению увлажнение.Газы влажные, газы, содержащие S0₂, или другие кислоты, а такж“е углеводороды очищаются лучше и допускают очистку при более высоких темп-pax, чем в отсутствие этих веществ.

Это вызвано тем обсто-ятельством, что упомя- нутые вещества, обладая сравнительно вы-сокой г°_КНПи, образуют ^иг’ * на поверхности пылинок абсорбированные слои, облегчающие восприятие заряда пылинками. Что же касается очистки газов от капелек взвешенных в них жидкостей, то работа Э. ф. в этом случае никогда не встречает препятствий вследствие невосприятия капельками заряда. Поскольку нам известно, улавливание жидкостей при температурах выше 250° нигде не испытывалось, однако до этой температуры всегда протекало благоприятно. До недавнего времени считалось, что улавливание в Э. ф. одновременно пыли и жидкости невозможно, т. к. осаждающийся на электродах шламм не может быть с них удален отряхиванием. Однако работы германской фирмы Лурги показали, что в случае достаточного количества жидкости по отношению к пыли жидкость смывает пыль с электродов. Иногда лишь требуется периодическая остановка Э. ф. и промывка его. Такой метод работы при темп-ре ниже точки росы представляет большое преимущество с точки зрения легкого восприятия заряда пылинками. Недостатком его является во многих случаях необходимость сооружения специальных устройств для охлаждения газа ниже точки росы или распыливания в нем жидкости (обычно воды). В других же случаях получение пыли в виде шламма может оказаться неприемлемым по условиям дальнейшего ее использования.

Практически Э. ф. представляют собой батареи проходов, образованных расположенными на равном расстоянии друг от друга заземленными электродами с рядами проволок между ними (фигура 3: А — направление движения газов

в горизонтальном камерном Э. ф., В— то же в вертикальном камерном Э. ф.), или батареи труб с расположенными по их осям проволоками. В первом случае Э. ф. называются пластинчатыми, или камерными, во втором случае — трубчатыми. Через объём, занятый электродами камерного Э. ф., газ, подлежащий очистке, может прогоняться либо вертикально (вертикальный камерный Э. ф.) либо горизонтально (горизонтальный камерный Э. ф.). Горизонтальный камерный Э. ф. для очистки вентиляционного воздуха цементных мельниц завода «Спартак» изображен на фигуре 4, где: 1 — входной клапан, 2 — выходной клапан, 3— заземленный электрод, 4 — устройство для отряхивания заземленных электродов, 5 — корони-рующие электроды, 6 — рамки коронирующей си-

Фигура 4.

стемы, 7— тяги, которые крепят нижнюю рамку, 8 — фарфоровые втулки, 9 — опорные изоляторы, 10 — молотки отряхивания коронирую-щих электродов, 11 — изолитовая труба, 12— кулачковый механизм, 13 —редуктор, 14 — электромотор, 15 — шнеки. Вертикальный камерный Э. ф. см. Пылеуловители, фигура 24. В обоих случаях заземленные электроды выполнены в виде сеток, натянутых на рамы из полос и уголков. Коронирующие электроды подвешены к рамке, расположенной над заземленными электродами, и натягиваются грузами, прикрепленными к их нижним концам. Во избежание раскачивания проволоки пропущены через вторую рамку, расположенную ниже заземленных электродов и крепимую к верхней рамке помощью тяг, проходящих в проходах, образованных заземленными электродами, и расположенных в одной плоскости с проволоками. Проволоки для интенсивного коронирования желательно иметь возможно меньшего диаметра, принимая во внимание соображения механической прочности. Диаметр проволок 1,5—2 миллиметров. Кратчайшее расстояние между электродами равного знака колеблется в пределах 200 -f- 125 миллиметров, в редких случаях снижаясь до 75 миллиметров. Верхняя рамка, к которой крепятся коронирующие электроды, в случае, изображенном на фигуре 24 ст. «Пылеуловители», подвешена на двух кварцевых балках, перекинутых через Э. ф. и служащих изоляторами. В случае фигура 4 эта рамка прикреплена к трубе, проходящей через отверстие в перекрытии камеры, где труба в свою очередь прикреплена к балкам, лежащим на опорных изоляторах. Последняя конструкция более современна. Место прохода трубы через отверстие в перекрытии камеры закрыто проходной фарфоровой втулкой. Фарфор в качестве изолятора может применяться до t° 100 -f- 150°. При более высоких темп-pax газа в Э. ф. материалом втулок и изоляторов, расположенных внутри газового потока, каковыми являются балки Э. ф., изображенного на фигуре 24 ст. «Пылеуловители», служит кварц. Э. ф. для удаления пыли с коронирующих проволок имеет молотки (фигура 4), расположенные на балках, лежащих на опорных изоляторах и ударяющих по особым штангам, находящимся в трубах, крепящих рамки, к которым подвешены проволоки. Удар молотков через штанги передается этим рамкам, вследствие чего проволоки вибрируют и пьтль с них стряхивается. Молотки поднимаются особым кулачковым механизмом, с которым они связаны системой тяг и рычагов. Е известный момент кулачок освобождает рычажнз^ю систему, и молотки падают под действием собственного веса. Кулачковый механизм приводится от электромотора через посредство двойного червячного редуктора. Т. к. балки, лежащие на опорных изоляторах, а следовательно и молотки, расположенные на них, находятся под напряжением, то одна из тяг выполнена из изолитовой трубы, служащей изолятором. Отряхи-& вание заземленных электродов (фигура 4) выполняется грузами, висящими на тягах и схваченными уголком. При раскачивании этого уголка вручную грузы ударяют по углам заземленных электродов, приводя их в сотрясение, чем достигается отряхивание с них пыли. В качестве заземленных электродов кроме сеток, натянутых на рамки, из полос и уголков применяются гладкие железные листы, для жесткости схваченные рамками, волнистое железо (очень легкая конструкция). Применяют плоскости, набранные из отдельных железных прутков (например 0 8 -- 10 миллиметров, шаг 30 миллиметров). Последняя конструкция, будучи весьма трудоемкой при изготовлении, дает очень хороший эффект при отряхивании, т. к. отдельные прутки, ударяясь друг о друга, способствуют хорошему удалению пыли. Эта конструкция м. б. рекомендована при трудно отряхиваемых пылях. Коронирующие электроды могут выполняться в виде вертикальных рамок из труб, расположенных параллельно заземленным электродам по середине проходов, с натянутыми на эти рамки горизонтальными и вертикальными проволоками, образующими сетку с очень большой ячейкой, например 200×200 миллиметров. Устройства для отряхивания электродов решаются конструктивно весьма разнообразными способами: например на фигуре 4 коронирующие электроды отряхиваются от мотора, а заземленные —

от руки; возможно также применение как сплошь моторизованного отряхивания, так и сплошь ручного.

Вышеописанные Э. ф. имеют все металлические детали железные. При работе с газами или жидкостями (редко пылями), химически разрушающими железо, применяют соответствующие кислотоупорные материалы. В Э. ф., предназначенных для очистки газов контактной сернокислотной системы от а, газ поступает при 30°, содержа большое количество слабой серной кислоты в виде капель, в которых растворен As₂0₃. Корпус Э. ф. выполнен из свинца по железному каркасу. Заземленные электроды — свинцовые листы. Коронирующие проволоки и все прочие детали, расположенные внутри камеры, освинцованы. Применение втулок в качестве изоляторов здесь неприемлемо, так как серная кислота, осаждаясь на ее поверхности, каков бы ни был ее изолирующий материал, создавала бы на ней поверхностный проводящий слой. Поэтому в данном случае вместо втулки применяют затвор, залитый трансформаторным маслом. Осаждающаяся на его поверхности серная кислота вследствие разности уд. весов падает на дно затвора. Такая же конструкция затвора применяется в Э. ф. для очистки генераторного газа от смол, где в случае применения втулок последние покрывались бы проводящим слоем смолы.

В трубчатых Э. ф. пыльный газ подается по газопроводу, опускается затем по батарее труб, проходит через окна в промежуточной стенке корпуса в другую половину, где поднимается по второй батарее труб и по газопроводу, очищенным уходит из Э. ф. Изоляторы расположены в особых нишах в верхней части аппарата. Отряхивание всех электродов ручное и производится посредством цепей. Нижняя рамка, связывающая друг с другом нижние концы проволок, лежит на натягивающих их грузах. Диаметры применяемых в трубчатых Э. ф. труб колеблятся в пределах 300 -г 150 миллиметров. Определение размеров Э. ф. вследствие несовершенства теории производится на основании эмпирич. данных.

Основными величинами являются при этом время пребывания газов в электрич. поле и скорость газа. В таблице приведены цифры, характеризующие работу Э. ф. при применении их для очистки разных газов от разных взвешенных в них суб станций. Расход электрич. энергии на питание Э. ф. подсчитывается по мощности, потребляемой 1 ж³ электрич. поля Э. ф.; эта величина м. б. принята в пределах 0,12—0,20 kW/ж³ на высоком напряжении. Кроме того следует учесть потери на подстанции, питающей Э. ф. (смотрите ниже). Расход

энергии на питание Э. ф. существенно зависит от времени пребывания газов в электрич. поле. Напряжение, необходимое для питания Э. ф., может быть подсчитано, исходя из 3 -г- 3,5 kV на п. сантиметров кратчайшего расстояния между электродами разного знака. Напряжение, применяемое для питания Э. ф., лежит обычно в пределах 70 — 40, редко 30 kV. Получение этого выпрямленного (к электродам должно быть подведено постоянное напряжение) тока высокого напряжения осуществляется в специальных подстанциях, где низкое напряжение заводской силовой сети трансформируется в высокое и далее выпрямляется механическим выпрямителем. Схема агрегата подстанции, включающая все контрольно-измерительные приборы, автотрансформатор и секционный переключатель для регулировки напряжения и т. д., приведена на фигуре 5, где А — амперметр, V — вольтметр, тА — миллиамперметр, С — конденсатор, В — максимальный автомат, П—секционный переключатель, Р — регулировочный автотрансформатор, Т — высоковольтный трансформатор, В—выпрямитель, М — мотор выпря-

Характеристики Э. ф. для очистки газов.

Применение Э. ф.	Темп-ра	Время пребыва	1 Скорость газов в эл. поле в м(ск	1 Запыленность (в г/ж3)
	газа в Э. ф. в °С	ния в электрич. поле в ск.		до Э. ф.	за Э. ф.
Вентиляционный воздух табачных ф-к.	35	1-1,2	до 2,5	ДО 0,2	0,003- 0,0С6
Огходящ. газы угольных сушил.	80	3,5.	1	16-4-18 (80°)	0,1 (80°)
Вентиляц. воздух цементных мельниц.	40	3,5	1-1,3	10-4-20	0,05-4-0,1
Отходящие газы пе- чей спекания глиноземных заводов *1	350	6	0,8-0,9	5 (350°)	0,3 (350°)
Отходящие газы печей кальцинации глинозема.	150—180	10	0,5	15-30 (180°)	0,1 (180°)
Газы колчеданных печей (о -4-1%.s02)·2	350	6-8	0,5	5-6 (Ь50°)	0,2 (350°)
Очистка от H2SO4 газов концентраторов Хемика *з.	150	3,5	1	25 (0°)	0 со сГ 1 0
*1 Эти же цифры	м. б. приняты для		цементных печей. *2 темп-ра дох о-
дит иногда до 45(Щ	*з Трубчатый Э. ф.

мителя, Г — сигнальный гудок. В наст, время механич. выпрямитель, хотя ему и присущ ряд недостатков, применяется в подавляющем большинстве установок Э. ф. несмотря на предложенные в качестве выпрямителей кенотроны, газотроны и т. д., что обусловлено его исключительной надежностью в работе. С одного механич. выпрямителя и работающего с ним в схеме трансформатора снимается обычно не свыше 200 тА. Потери в выпрямителе, трансформаторе и регулировочном автотрансформаторе одного агрегата колеблются в зависимости от нагрузки в пределах 0,7—1,5 kW. Мотор, вращающий выпрямитель, потребляет 0,5 kW. Эти и вышеприведенные цифры позволяют привести пример расчета потребляемой электрич. энергии.

Пример. Э. ф. для очистки вентиляционного воздуха цементных мельниц. Расход воздуха при 40° равен 70 000 м“/ч. По таблице время пребывания в электрич. токе равно 3, 5 ск. Объем электрич. поля:

70 000 3 600

3,5

68,1 ж³.

Согласно вышеуказанному мощность, потребляемая 1 ж³ электрич. поля, м. б. принята в щ>е-делах 0,12—0,20 kW/ж³. Принимаем среднее, а именно 0,16 kW/ж³. Мощность всей установки на высоком напряжении 0,16 · 68,1=10,9 kW, потери трансформации и выпрямления 1,5 kW, мотор механического выпрямителя 0,5 kW, мотор отряхивания м. б. принят 1,5 kW, всего 14,4 kW или

14,4=0,21 kWh/Ι 000 м“.

Эк спл о атаци онна я смета установки Э.ф. для очистки вентиляционного воздуха (при стоимости установки 140 000 руб.).

Расходы по капиталу 15%. 21 000 руб.

Электроэнергия при работе ЗСО дней в год 14,4.24-300=!03 680 kWh по

5 коп. за 1 kWh.. 5 184 »

Обслуживание — 1 монтер в смену по 200 руб. в М-Ц 4-200· 12. 9 600 »

Накладные расходы (75% от рабсилы) 7 200 »

Текущий ремонт.. 3 000 »

Итого. 45 984 руб.

Количество очищаемого газа:

70 000-24-300=504 000 000 м3 в год. Стоимость очистки:

45 984-100-1000

504000 000

-=9,2 коп. за 1 000жЗ.

Э. ф. при достаточном времени пребывания газов в электрич. поле могут дать очистку более тонкую, нежели иные типы пылеулавливающих устройств (смотрите Пылеуловители) (мешечные фильтры, дезинтеграторы Тейсена). Э. ф. требуют относительно меньшего расхода энергии и в них отсутствуют быстро срабатывающиеся детали. По сравнению с мешенными фильтрами, боящимися как падения температуры ниже точки росы, так и повышения ее выше ~100°, когда возникает опасность пожара мешков, и с дезинтеграторами Тейсена, работа которых вследствие применения жидкости для промывки газа неизбежно связана с невысокой темп-рой, Э. ф. имеют преимущество широкого диапазона рабочих темп-р, что в ряде случаев делает их принципиально единственно применимыми. По сравнению с дезинтеграторами Тейсена Э. ф. имеют еще преимущество возможности выдачи сухой пыли, тогда как первые всегда выдают шламм. К недостаткам Э. ф. следует отнести высокие первоначальные затраты. Однако этот недостаток свойственен всем устройствам для тонкой очистки газа, и суждение о соотношении первоначальных затрат для Э. ф., мешенного фильтра и дезинтегратора Тейсена в каждом отдельном случае м. б. высказано лишь после соответствующих сравнительных подсчетов.

В настоящее время перед нашими заводами стоит задача повышения производительности. В отношении пылящих агрегатов эта задача часто сталкивается с лимитирующей пропускной способностью газоочистки, в частности Э. ф. Уместно перечислить методы, применяемые заводами при решении этой задачи: 1) уменьшение присоса воздуха, то есть уменьшение фактически проходящей через Э. ф. кубатуры, что достигается тщательным уплотнением газопроводов, стояков и т. д., а также целесообразным распределением вакуума в системе, что осуществляется дополнительной установкой дроссельных заслонок за Э. ф.; 2) при работе с горячими газами охлаждение их вбрызгиванием воды, что также ведет к уменьшению фактически проходящей через Э. ф. кубатуры.

Лит.: Вейнер М., Электрическая очистка газов, Л., 1930; Шнеерсон Б. и Егоров Н., Электрич. очистка газов, М.—Л., 1933. По теории короны: Пик Ф., Диэлектрические явления в технике высоких напряжений,

M. —Л., 1934. По теории Э. ф.: Ladenburg R. u. Sachse, «Ann. d. Physik», 1930, В. 4, р. 863; L а-denburg R. u. Т i e t z е, ibid., 1930, В. 6, S. 581; Shibusawa M. et Fukuda S., Communication

N. 13-C-2, 12 Section, Congris International d’filec-

tricit£, P., 1932. По применению Э. ф. в сернокислотной промышленности: Лукьянов, Курс химиче ской технологии минеральных веществ, ч. 1, М.—Л., 1934. По применению Э. ф. в цементной промышленности: Грамматчиков А., Электрооборудование цементных заводов, М.—Л., 1934. По применению Э. ф. для очистки доменного газа: «Советская металлургия», 1932,

8, стр. 289—299 и 303—312; Эйлер В., Очистка доменного газа, М.—Л., Свердловск, 1933; Richarme М., «Revue de MStallurgie», 1933, 9, p. 402; 10, p. 423; 11_Tp. 471. M. Вейнер.