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)工序對氣體質量的要求.提高產品回收率，而且可明顯改善操作環(huán)境，大大提高生產效率。

　　我公司設計中所采用結構形式有同心圓式、管式和蜂窩式等三種.無論哪種結構，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的氣體通過該電場時，吸附了負離子和電子的雜質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。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，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，兩極間產生的電流叫電暈電流。在電暈區(qū)內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，兩極間產生火花，甚至產生電弧，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兩極間通過大量電流，這種現(xiàn)象在工程中應盡可能避免發(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。在這個區(qū)域內產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(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.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，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)生產中。為防止產生電暈阻止效應和電暈閉塞現(xiàn)象發(fā)生.一般都采用圖3中曲線B的模式控制生產。

　　(4)塵粒的驅進速率。在電揚中，荷電塵粒主要受電場力作用而驅向沉淀極;實際上荷電塵粒受重力、庫倫力、慣性力和介質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動速率，此時庫倫力和介質阻力平衡，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一介質粘度.Pa·s

　　(5)效率。電捕焦油器的捕集效率和電場強度有關，當電捕焦油器結構決定后,效率取決于荷電的驅進速率和處理量.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一塵粒驅進速率.m/s

　　3、 電捕焦油器的結構分析

　　三種結構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構比較

　　(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、水平度和垂直度產生變化，均會造成陰陽極之間或其它部件間產生放電現(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、材料易得和安裝調試比較方便等優(yōu)點.廣泛應用于大中型氣體凈化廠。

　　(3) 蜂窩式電捕焦油器。蜂窩式與管式的結構相同，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構緊湊合理、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。