l 電捕焦油器的工作原理

　　電捕焦油器與機械除焦油器相比，具有電捕焦油效率高、阻力損失小、氣體處理量大等特點.不僅可保證后續(xù)工序?qū)怏w質(zhì)量的要求.提高產(chǎn)品回收率，而且可明顯改善操作環(huán)境，大大提高生產(chǎn)效率。

　　我公司設(shè)計中所采用結(jié)構(gòu)形式有同心圓式、管式和蜂窩式等三種.無論哪種結(jié)構(gòu)，其工作原理均可簡化為圖1，即在金屬導線與金屬管壁〔或極板〕間施加高壓直流電源，以維持足以使氣體產(chǎn)生電離的電場,使陰陽極之間形成電暈區(qū)。按電場理論, 正離子吸附于帶負電的電暈極,負離子吸附于帶正電的沉淀極;所有被電離的正負離子均充滿電暈極與沉淀極之間的整個空間。當含焦油霧滴等雜質(zhì)的氣體通過該電場時，吸附了負離子和電子的雜質(zhì)在電場庫倫力的作用下，移動到沉淀極后釋放出所帶電負荷，并吸附于沉淀極上，從而達到凈化氣體的目的，通常稱為荷電現(xiàn)象。當吸附于沉淀極上的雜質(zhì)量增加到大于其附著力時，會自動向下流趟，從電捕焦油器底部排出，凈化氣體則從電捕焦油器上部離開并進入下道工序。

　　圖1 電捕焦油器的工作原理

　　2 電捕焦油器的捕集機理

　　2.1 氣體的放電過程

　　在通常情況下氣體是不導電的，但在高壓電場的作用下氣體內(nèi)部的電子便會獲得足夠的能量成為自由電子而導電，被稱為自發(fā)性電離現(xiàn)象。氣體的自發(fā)性電離是建立在非均勻性電場中。在均勻性電場中，隨著電壓的增加，只要其間任何一點發(fā)生電離，兩極間將立即充滿帶電離子，整個空間的氣體被擊穿。此時電流急劇增加而形成火花放電。而在非均勻性電場中，電場強度則隨兩極間的距離增大而迅速下降.圖2示出了氣體的電離曲線。

　　圖2 氣體的電離曲線

　　如圖2所示，在OA段，氣體僅借助于自身存在的少量自由電子導電，隨著電壓的升高，電流也逐漸加大，即自由電子的數(shù)量隨著電壓的升高而逐漸增加。當電壓到達A’點時.電流已達到飽和，不再增加，這時的電流稱飽和電流，此時，氣體的導電能力只取決于氣體中的離子與電子數(shù)，與電場強度無關(guān)。當電壓升至B‘點時.自由電子獲得足夠的能量，碰撞中性分子使其電離，并開始由離子輸送電流，該點的電壓稱為臨界電離電壓。

　　隨著電壓的繼續(xù)升高，電場強度也逐漸增大，在圖2曲線的BC段，氣體主要靠陰離子導電，這是因為陰離子的遷移率要比陽離子大，離子在單位場強中的運動速率即為離子的遷移率 。

　　當電壓升高到C′點時.電場中不斷產(chǎn)生新的離子，這時正負離子均參與導電.即出現(xiàn)“電子雪崩”現(xiàn)象。此時，在電暈極周圍的小區(qū)域內(nèi)，在黑暗環(huán)境下可觀察到淡蘭色的光點.還可聽到咝咝聲和噼啪的爆裂聲。這些蘭色的光點或光環(huán)就是電暈.故該段稱為電暈放電段.電離過程稱為電暈電離過程，此時通過氣體的電流稱為電暈電流，電捕焦油器就是利用電暈放電段工作的。

　　對于開始產(chǎn)生電暈的電壓(即C′點)稱為臨界電暈電壓，兩極的電場強度為臨界電場強度，兩極間產(chǎn)生的電流叫電暈電流。在電暈區(qū)內(nèi)的陽離子立即被電暈極吸引而失去電荷.而陰離子則受電暈極的排斥驅(qū)向沉淀極。

　　隨著電壓的增大，電暈區(qū)也隨之擴大，當電壓上升到D′點時，兩極間產(chǎn)生火花，甚至產(chǎn)生電弧，氣體被擊穿.該點電壓稱為火花放電電壓?；鸹ǚ烹姇r.電壓急劇下降，同時在極短的時間內(nèi)兩極間通過大量電流，這種現(xiàn)象在工程中應(yīng)盡可能避免發(fā)生。氣體被擊穿的范圍一般僅限于距電暈極表面2—3mm的距離內(nèi)。在這個區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電暈有利于提高焦油的捕集效果。電暈區(qū)外的空間被稱為電暈外區(qū)，不應(yīng)該有任何擊穿現(xiàn)象發(fā)生。

　　2.2工業(yè)中的選擇

　　根據(jù)供電極性的不同，電暈有陰電暈和陽電暈之分。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多采用陰電暈，因為在相同的條件下，陰電暈可以獲得比陽電暈高的電流，而且其閃絡(luò)電壓也遠比陽電暈放電要高。

　　2. 3影響電捕性能的主要因素

　　由于影響電捕焦油器操作性能的因素很多，選型時請告知單位時間內(nèi)(每小時)的處理氣量、焦油、粉塵與霧滴的含量、氣體溫度、壓力、流速與雜質(zhì)濃度等。

　　2.3場強分析

　　(1)當輸人電壓低于臨界電壓U。時，場強散度為0，即divE=0。同時，場強為電壓的梯度，即E=gradU。這是矢量場散度，它等于LaPlace算子△u，解此方程并確定積分常數(shù)，可按下式求得靜電場的場強變化：

　　E= (UB—UA)/(R·lnRB/RA)式中：

　　R—距電暈極的中心距

　　RA—電暈極半徑

　　RB一沉淀極半徑，

　　UA、UB—RA、RB處的電勢

　　可見，靜電場的場強分布與距電暈極的中心距離成雙曲線因數(shù)變化，見圖3曲線A。

　　距電暈線距離R,mm

　　圖3電場場強分布與距電暈極中心距離的變化曲線

　　(2)當升至臨界電暈電壓而開始電暈放電時.則出divE=4πρ，見圖3曲線B。由于離子空間的電荷效應(yīng).使距電暈線的距離R較大處的場強E比曲線A更大，因而場強的分布趨于均勻。當電暈電流很大或離子遷移率K很小和R足夠大時，可解微分方程divE=4πρ得：

　　E—√2i/K(V/m) (2)

　　K一離子遷移率

　　i一電暈線的比電流

　　解上式積分。并令i=o。即臨界電暈電壓為

　　Uo=RaEOln(RB/RA)并解出

　　i=ZK(U—U。)U/R2bln(RB/RA) (3)

　　(3)當電捕焦油器中帶有焦油霧滴的煤氣通過時，霧滴吸附了離子而帶電，并使空間的電荷密度增大，由于帶電霧滴遷移率較小，形成很強的空間荷電效應(yīng)，電場分布更趨于均勻。

　　當R足夠大時，場強為：

　　E=√i(1十2/3DS。r)/iλE。K (4)

　　相當于圖3中曲線C在工業(yè)生產(chǎn)中。為防止產(chǎn)生電暈阻止效應(yīng)和電暈閉塞現(xiàn)象發(fā)生.一般都采用圖3中曲線B的模式控制生產(chǎn)。

　　(4)塵粒的驅(qū)進速率。在電揚中，荷電塵粒主要受電場力作用而驅(qū)向沉淀極;實際上荷電塵粒受重力、庫倫力、慣性力和介質(zhì)阻力等四種力的作用。由于重力和慣性力很小，可忽略不計。在正常情況下，塵粒在電場作等速運動，這個速度稱塵粒的驅(qū)動速率，此時庫倫力和介質(zhì)阻力平衡，即Fc=F。。對于焦油霧滴，顆

　　粒均大于5μ，主要是碰撞荷電作用，因而

　　w=0.11δE2/η(m/s) (5)

　　式中:

　　δ一塵粒半徑，m

　　η一介質(zhì)粘度.Pa·s

　　(5)效率。電捕焦油器的捕集效率和電場強度有關(guān)，當電捕焦油器結(jié)構(gòu)決定后,效率取決于荷電的驅(qū)進速率和處理量.其效率可按下式計算：

　　η=1-e-Av/θ

　　式中：

　　A一極板面積，m2

　　θ—煙氣量，m3/s

　　w一塵粒驅(qū)進速率.m/s

　　3、 電捕焦油器的結(jié)構(gòu)分析

　　三種結(jié)構(gòu)的電捕焦油器均由殼體、沉淀極、電暈極、上下吊架、氣體再分布板、蒸汽吹洗管、絕緣路和饋電箱等部件組成，其主要區(qū)別是沉淀極的形式、電暈極的排布方式、絕緣箱和饋電箱.見圖4。

　　三種電捕焦油器的結(jié)構(gòu)比較

　　(1)同心圓電捕焦油器。它由數(shù)個不同直徑的鋼板圓筒組成，以同一垂直軸為圓心，并以同一間距套在一起而組成沉淀極。由于電暈極之間的同性相斥.會使電場出現(xiàn)空位小空洞，即場強洞穴。易造成氣體在洞穴中短路流失，降低捕集效果，同時，同心圓電捕焦油器的制造精度要求高、安裝調(diào)試極為嚴格，在制造、安裝和運輸中較易使同心度、水平度和垂直度產(chǎn)生變化，均會造成陰陽極之間或其它部件間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，難以達到要求的電壓，直接影響焦油的捕集效率，還易使電瓷瓶擊穿毀壞。因場強的電壓變化值為400V/mm，所以，陰陽極間即使出現(xiàn)1mm的偏差，其場強電壓的變化值可高達400V。同心圓電捕焦油器具有流通面積大、氣體流速低和耗鋼材少等優(yōu)點。

　　圖4

　　(2) 管式電捕焦油器。由于鋼管與電暈線單獨組成電場，其場強電壓取 決于鋼管的半徑，其值為400R。由于管式電捕焦油器在每個管截面內(nèi)形成等極間距電場，而管與管之間則是空位，由管板盲區(qū)堵住這些空穴，這就降低了圓筒內(nèi)有效空間的利用率，減少了凈化通道的截面積。這種型式的電捕焦油器的鋼材耗量較大、占地面積大、投資大，但由于具有制造容易、等極間距電場、材料易得和安裝調(diào)試比較方便等優(yōu)點.廣泛應(yīng)用于大中型氣體凈化廠。

　　(3) 蜂窩式電捕焦油器。蜂窩式與管式的結(jié)構(gòu)相同，是將通道截面由圓形改為正六邊形。兩個相鄰正六邊形共用一條邊，即靠中間的正六邊形的六條邊均被包圍它的六個正六邊形所共用。用2～3mm的鋼板制成的蜂窩板即可滿足工藝和機械強度的要求。由于蜂窩式電捕焦油器具有結(jié)構(gòu)緊湊合理、沒有電場空穴、有效空間利用率高、重量輕、耗鋼材少和捕集特性好等優(yōu)點,但存在制造難度大.在運輸、安裝過程中要求標準高等特點。隨著設(shè)備制造工藝水平的提高，蜂窩式電捕焦油器的優(yōu)點會越來越受到人們的重視，必將逐步贏得用戶的青睞與認可。