4.2 Розрахунок і вибір електрофільтрів

Електрофільтр вибирають у відповідності з заданими умовами його роботи по площі, перерізу активної зони з наступним перевірочним розрахунком ступеню очищення:
,                                             (4.6)
де    –   швидкість дрейфу частинок до осаджуючого електрода, м/с;
        а – коефіцієнт, який характеризує геометричні розміри апарата і швидкість газу в ньому.

Для осаджувальних електродів всіх типів
                                              (4.7)
де   L – довжина осаджувального електрода, м;
       П – активний периметр осаджувального електрода, м;
        S – площа перерізу активної зони, обмеженої стінками осаджуваль-ного електрода, м2.

Величину S, м2, знаходять за формулою

.,                                          (4.8)
де    Q – об’ємні витрати газу при температурі очищення, м3/с;
       V – швидкість газу в апараті, м/с (V = 0,8…2,0 м/с);
       K3 – коефіцієнт запасу, який враховує підсмоктування повітря           (К3 = 1,1)

Для пластинчатих електродів П/S = 2/b, де b – відстань між плас-тинами (приймають b = 0,3 м).

Реальна швидкість дрейфу заряджених частинок менша розрахункової (в 2 рази) з умов стоксовського режиму осадження:
,                                     (4.9)
де   Е – напруженість електричного поля, В/м;
       r – радіус частинки, мкм;
      г – динамічна в’язкість газу, Па•c;
      = 1 для частинок розміром 2...50 мкм і = 1+1/107r для частинок до 2 мкм.

Для практичних розрахунків швидкість дрейфу частинок можна вибирати за табл. 4.3.

Напруженість електричного поля Е, В/м, в трубчастих електрофільтрах
, (4.10)

Таблиця 4.3 Швидкість дрейфу частинок в активній зоні електрофільтра

Показник	Напруженість електричного поля, В/м	Діаметр частинок d, мкм
Показник	Напруженість електричного поля, В/м	0,4	1,0	2,0	10,0	30,0
Швидкість дрейфу Vч , м/с	15•104	0,012	0,013	0,015	0,075	0,10
Швидкість дрейфу Vч , м/с	30•104	0,025	0,030	0,060	0,50	0,60

в пластинкових
,                                       (4.11)
де     –      лінійна густина струму корони, А/м;
      –       електрична постійна, Ф/м ( = 8,85 • 10-12);
К   – рухомість іонів, м2/В•с, (табл. 4.4);
l    –            відстань між сусідніми коронувальними електродами в ряду, м
(приймають = 0,25 м);
b – відстань між пластинами електродів, м.

Для пластинових електрофільтрів лінійна густина струму, А/м2, корони
,               (4.12)
для трубчастих
,            (4.13)
де    U   – напруга на електродах, В;
        U0 – критична напруга (напруга коронного розряду), В;
         R1 – радіус осаджувального електрода, м (приймається R1 = 0,0015м);
        К1 – коефіцієнт компоновки електродів між пластинами
      (К1= 0,12•(l/b)2).

Таблиця 4.4 – Рухомість іонів в газах і парах, м2/В•с при н. у.

Гази і пари	Рухомість іонів, К•10-4		Гази і пари	Рухомість іонів, К•10-4
Гази і пари	негативна	позитивна	Гази і пари	негативна	позитивна
Азот	1,84	1,28	Гелій	6,31	5,13
Аміак	0,66	0,57	Двоокис вуглицю	0,96	-
Водень	8,13	5,92	Кисень	1,84	1,32
Водяний пар при 100°С	0,57	0,62	Окис вуглецю	1,15	1,11
Повітря: дуже чисте, сухе			Сірчаний ангідрид	0,41	0,41
	2,48 2,1		Двоокис вуглецю насичений водяною парою при 25°С	0,82	-
	2,48 2,1	1,84 1,32	Двоокис вуглецю насичений водяною парою при 25°С	0,82	-

Критична напруга для трубчастих електрофільтрів
,                                (4.14)
для пластинкових
,                          (4.15)
де   E0 – критична напруженість електричного поля, В/м, визначається за формулою (4.2).

Приклад 4.1. Підібрати тип і кількість електрофільтрів за даними каталогу для очищення газів, які відходять від котлоагрегату ПК-10, паропродуктивністю 230 т/год. Топка котла камерна, з сухим шлако-вивантажуванням. Марка спалюваного палива – вугілля донецьке пісне марки Т такого складу, %: вуглецю СP – 70,6; водню HP – 3,4; кисню ОP – 1,9; азоту NP – 1,2; леткої сірки SP – 2,7; мінеральних домішок AP – 15,2; вологи WP – 5,0.
Витрати палива QП = 6,7 кг/с (24т/год), температура газів перед золовловлювачем 150°С, коефіцієнт надмірного повітря в газах перед золовловлювачем = 1,45; розрідження – 2500Па, необхідна ефективність очищення = 98%, атмосферний тиск Ра = 99300 Па.

Рішення.
1. Користуючись тепловим розрахунком котельних агрегатів, визначаємо витрати газів, які необхідно очищати. Об’єм димових газів (при н. у.) на 1 кг спалюваного палива
м3/кг,
де об’єм триатомних газів
м3/кг.
2. Теоретична кількість сухого повітря, необхідна для повного згоряння палива (при н. у.)
Q0 = 0,0889 (СP + 0,375SP )+ 0,265 НP + 0,0333QP =
=0,0869 (70,6 + 0,375•2,7) + 0,265•3,4 + 0,0333•1,9=7,33 м3/кг.

3. Теоретичний об’єм азоту
      м3/кг.
4. Теоретичний об’єм водяних парів

5. Об’єм водяних парів при коефіцієнті надлишку повітря = 1,45
м3/кг
6. Загальний об’єм димових газів
м3/кг
7. Об’ємні витрати димових газів, які проходять через золовловлювач з врахуванням 10% підсмоктування атмосферного повітря
м3/с
8. Концентрація золи в димових газах, які поступають на очищення
м3/с
де   – доля золи, яка виноситься з газами; для пиловугільних топок з сухим шлаковивантажуванням   = 0,9.
9. Приймаємо швидкість газу в активному перерізі електрофільтра   V = 1,8 м/с   (VН = 0,6...2,0 м/с). Тоді необхідна площа активного перерізу
м2
10. Враховуючи необхідну ефективність очищення газів, розрідження в апараті і площу активного перерізу в даному випадку можна застосувати:
1) два уніфікованих чотирипільних горизонтальних електрофільтри площею активного перерізу 37 м2 кожний марки УГ2-4-37 (питомі витрати електроенергії qe=0,30 кВт на 1000 м3(год. газу);
2) один горизонтальний електрофільтр з уніфікованими вузлами ЕГА 1-30-9-6-3 площею активного перерізу 73,4 м2 (питомі витрати електроенергії qe =0,20 кВт на 1000 м3(год. газу);
3) один уніфікований горизонтальний трисекційний електрофільтр УВ-3х24 площею активного перерізу 72 м2 (питомі витрати електроенергії 0,11 кВТ на 1000 м3/год. газу).

Приклад 4.2. Вибрати газоочисний апарат для вловлювання пилу у відхідних газах при таких даних: вміст твердих частинок в газі при нор-мальних умовах С'=25 г/м3; розрідження в системі Р = 1500 Па; витрати газу QН = 15 м3/с; температура газу t = 150°С; динамічна в’язкість при 150ОС = 22,5•10-6 Па•с; ступінь очищення не нижче = 95%.
Фракційний склад пилу:

	0,5	1	5	8	10	15	20	30
	0,02	0,03	0,08	0,10	0,15	0,12	0,30	0,20

Рішення.
1. При великому вмістові (13%) частинок з розмірами 0...5 мкм і необхідному ступеню очищення (0,95) попередньо вибираємо пиловловлювач класу електрофільтра.
2. При робочій температурі об’ємні витрати газу
(м3/с)
3. Площа перерізу активної зони для прийнятої (V = 0,8 м/с) швидкості газу
(м2)
де    Кз – коефіцієнт запасу, приймається рівним 1,1.
4. Згідно даних табл. 4.1 таку площу можуть забезпечити одиночні фільтри УГ 2-3-37, ЕГА 1-20-7,6-6-2, або вертикальний фільтр УВ-2хІ6.
Для визначення оптимального варіанту розраховуємо витрати електроенергії для кожного фільтра, використовуючи значення питомих витрат електроенергії з табл. 4.1. Тоді: для електрофільтра УГ-2-3-37
(кВт)
для електрофільтра ЕГА 1-20-7,5-6-2
(кВт)
для електрофільтра УВ-2хІ6
(кВт)
5. З трьох апаратів за мінімальними енергозатратами вибираємо пиловловлювач УВ-2хІ6 з такими параметрами: L = 7,4 м; B = 0,275 м;        l = 0,25 м і R1 = 0,0015 м. Напруга на електродах U = 60 кВ.
6. Відносна густина газу

7. Критична напруженість поля

(В/м).
   6. Критична напруга корони буде рівна

(В).
9. Лінійна густина струму корони при

І К = 2,1•10-4    м2/(В•с) – табличне значення для сухого повітря (табл. 4.4)

(А/м).
10. Напруженість електричного поля

(В/м).
11. Швидкість дрейфу частинок з розмірами 2...50 мкм визначаємо за формулою

12. Швидкість дрейфу частинок з розмірами 0,1...2 мкм

13. Для частинок різного радіуса, швидкість дрейфу Vч, м/с буде рівна

V0,5 ч	V1 ч	V5 ч	V8 ч
0,945•10-2	1,62•10-2	6,75•10-2	10,8•10-2
V10 ч	V15 ч	V20 ч	V30 ч
13,5•10-2	20,25•10-2	27•10-2	40,5•10-2

14. Для визначення ступеню очищення знаходимо коефіцієнт , що характеризує геометричні розміри апарата і швидкість газу в ньому

15. Знаходимо фракційні ступені очищення за формулою

і зводимо дані в таблицю