Влияние неоднородности электрического поля на эффективность пылеулавливания

При движении пылевых частиц в электрическом поле направление вектора силы, обусловленной действием электрического поля на заряженную частицу, совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля, т. е. ориентирован вдоль силовых линий. До сих пор предполагалось (как и во всех ныне используемых методиках расчета вертикальных пластинчатых электрофильтров), что в основном объеме межэлектродного пространства силовые линии электрического поля перпендикулярны осадительному электроду, т. е. система «коронирующие электроды–осадительный электрод» может быть представлена в виде плоского конденсатора (первая строка в табл. 10.4.1.1). В подобной системе напряженность электрического поля, а следовательно, и заряд, приобретаемый частицей, и электрические силы, действующие на нее, и скорость дрейфа являются величинами постоянными и независимыми от координат частицы. Действительно, как будет показано ниже, такое допущение представляется достаточно правомерным. Тем не менее в некоторой области вблизи коронирующих электродов существует неравномерность поля – при приближении к коронирующему электроду происходит сгущение силовых линий, т. е. резкое возрастание величины напряженности электрического поля. Таким образом, в системе существуют, пусть и небольшие по объему, локальные зоны, в которых действует напряженность поля бльшая, нежели средняя по объему. Если частица попадает в такую (назовем ее «активной») зону, она приобретает заряд, больший, нежели заряд, приобретаемый остальными частицами в межэлектродном пространстве. А поскольку и после того, как частица покинет «активную» зону, заряд она не теряет, то и скорость дрейфа таких частиц в межэлектродном пространстве будет больше, т. е. можно ожидать, что результирующая эффективность пылеулавливания повысится.

Для оценки влияния подобного эффекта прежде всего необходимо получить распределение электрических силовых линий в межэлектродном пространстве. Известно [1] уравнение, описывающее распределение электростатического поля для системы «одиночный провод между заземленными плоскостями»

(10.4.3.8)

где – вектор напряженности электрического поля, В/м; U – напряжение, приложенное между электродами, В; z – комплексная координата; z = x + iyh – расстояние между электродами.

Поле системы «ряд проводов между заземленными плоскостями» может быть представлено как сумма полей одиночных электродов, смещенных относительно друг друга. Соответственно выражение для напряженности поля записывается в виде:

(10.4.3.9)

где .

Направление силовых линий электростатического поля, как известно, определяется уравнением

.

На рис. 10.4.3.3 показано распределение электростатического поля, выполненное по уравнениям (10.4.3.9). Эллиптические кривые, очерченные вокруг коронирующего электрода, ограничивают области, в которых напряженность электрического поля достигает значений, больших средней по сечению. Как можно видеть из рисунков, площадь активных зон достаточно мала (не превышает нескольких процентов от общей площади) и в основном сечении силовые линии практически параллельны. Это подтверждает допущение, что электрическая сила, действующая на заряженную частицу, и, следовательно, скорость дрейфа могут быть приняты постоянными по сечению и направленными перпендикулярно к осадительному электроду. Однако наличие даже небольшой по площади активной зоны оказывает сильное влияние на общую эффективность пылеосаждения.

Рис. 10.4.3.3. Распределение силовых линий
электрического поля в системе «бесконечный ряд проводов между параллельными плоскостями»:
1 – осадительный электрод; 2 – коронирующий электрод;
3 – силовые линии

При наличии активных зон в межэлектродном пространстве, в которых частицы могут приобретать большой заряд, скорость дрейфа частиц w _Э оказывается зависящей от предыстории, т. е. определяется тем, побывала частица в активной зоне или нет. Таким образом, процесс зарядки частиц приобретает вероятностный характер, причем вероятность приобретения частицей большого заряда увеличивается с увеличением площади активных зон и с увеличением степени турбулизации потока. Площадь активных зон определяется конфигурацией силовых линий электрического поля и для рассматриваемого случая зависит от шага расположения коронирующих электродов. В табл. 10.4.1.2 приведены результаты расчетов эффективности пылеулавливания с учетом локальной неравномерности электрического поля.

Как видно из данных табл. 10.4.1.2, увеличение локальной неравномерности электрического поля у коронирующих электродов положительно сказывается на работе электрофильтра, уменьшая величину уноса. Причем это положительное влияние неравномерности тем больше, чем эффективнее работает фильтр. В качестве очевидного вывода из всего вышесказанного следует практическая рекомендация – располагать коронирующие электроды с таким шагом, при котором суммарная относительная площадь активных зон будет наибольшей. Из таблицы видно, что наилучшие значения эффективности соответствуют относительному шагу = 0,6.

Таблица 10.4.1.2

Эффективность пылеулавливания h (%) при различном шаге расположения коронирующих электродов

Длина L, м
0,3	0,6	1,5	3,0
	92,5	94,0	93,1	92,26
	95,2	97,19	96,5
	98,5	99,22	98,97	98,65
	99,62	99,935	99,9	99,83

Необходимо отметить, что распределение потенциала поля при коронном разряде отличается от распределения электростатического поля вследствие образования так называемого объемного заряда, обусловленного наличием ионов, движущихся в межэлектродном пространстве. В [1] показано, что конфигурация силовых линий поля при коронном разряде неизменна, следовательно, вектор напряженности поля при наличии объемного заряда будет отличаться от вектора напряженности электрического поля Е при прочих равных условиях только по значению, но не по направлению. Распределение плотности объемного заряда описывается нелинейным дифференциальным уравнением третьего порядка в частных производных [1], решение которого является весьма сложной математической задачей. В то же время плотность объемного заряда однозначно определяется концентрацией ионов, т. е. током короны. При относительно небольших значениях плотности тока короны, характерных для работы электрофильтров (j 13 мА/м²), влияние объемного заряда на распределение поля невелико. В общем случае действие объемного заряда сказывается в некотором уменьшении напряженности поля у коронирующих электродов и увеличении вблизи осадительных, что приводит к тому, что границы активных зон смещаются к осадительному электроду, увеличивая размеры зон.

Поиск по сайту: