CC BY
64
УДК 631.372.62/436
АНАЛИЗ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ НА ВЗВЕШЕННУЮ В ПОТОКЕ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ЧАСТИЦУ САЖИ
Не к р а ше в и ч Вл а д и м и р Ф едо р о в и ч, доктор технических наук профессор кафе-др ы « Меха н из а и ия жи в о т н о в о д ст ва », Заслуже н н ы й д ея т ел ь н аук и и т ехн и ки РФ
Тр и ш ки н Ива н Бо р и со в и ч, кан д и д ат т ехн и ч еских наук, д о иен т, заведую щ и й ка ф е др о й «< Сел ь скохозя й ст в е н н ы е, д ор ожн ы е и сп е и и ал ь н ы е м а ш и н ы »
Солдато в Ро м а н Ал е ксее в и ч, асп ир ант, ассист ент кафедр ы «< Сель скохозя й-ственные, дорожные и специальные машины»
ФГБОУ ВПО «< Рязан ски й го судар ствен н ы й агр от ехн ологи ч ески й ун и вер си тет им е н и П. А. Ко ст ы ч е в а »
390044г. Ряз а н ь, ул. Ко ст ы ч е в а, д. 1
Тел. (4912) 35-37-22, (920) 956-01-09, е - mail: rsoldat@ yandex. ru
Кл ю ч е в ы е сл о ва : о тр а бо т а в ш и е газ ы, эл е ктр и ч е ски й ф ил ь тр, кор о н ирую щ и й
В д а н н о й ст а т ь е д а н т е ор е т и ч е ски й ан ал из д е й ст в ия сил в эл е ктр о ф ил ь тр е н а вз в е ш е н н ую в п о т о ке о тр а бо т а в ш их газ о в ч а ст и и у сажи и о пр е д ел е н а пр е д ел ь -н ая т ол щ и н а о сажд е н н о го сл оя саж и н а п о в ерхн о ст и сбор н и ко в сажи. Уст а н о вле н о, ч т о для ув ел и ч е н ия сил ы пр и тяг и в ан ия сажев ых ч а ст и и к п о в ерхн о ст и саже сбор -н и ко в н е о бхо д им о ув ел и ч и в а т ь м а ксим ал ь н ы й з аря д ч а ст и и з а сч е т ув ел и ч е н ия н а-пряженности электрического поля в межэлектродном промежутке электрического ф ил ьтр а. В ыявлена о пт им ал ьн ая пр едел ьн ая т ол щ и на осажден н ого слоя сажи на поверхности сажесборников.
Вз в е ш е н н ь I е в от р а б ота в ш и х га з а х ( ОГ) двигателя сажевые частицы при поступлении в зону зарядки электрического фильтра ( ЭФ ) , п р и о б р е та ют эл е кт р и ч е с к и й з а ря д, ко -торый достигает значения, близкого к максимальному, за доли секунды [1].
л о н о вс ка я с ил а , Н; Fa - с ил а со п рот и вл е -н ия с реды, Н .
Сила индукции, Н, [3]
где £0 - ди эл е кт р и ч е с ка я п ро н и ца е -м о ст ь в а куу м а , Ф/м ; £ - от н о с и тел ь н а я д и э -л е кт р и ч е с ка я п р о н и ца е м о ст ь с р ед ь I ; г - р а -диус ч а сти цы са ж и, м; Е3 - н а п ря же н н ост ь эл е ктр и ч е с ко го п оля , В/м; X - коо рди н ата , совпадающая по направлению с электрическим полем.
В о б ще м сл уч а е н а в з в е ш е н н у ю в п ото -ке ОГ ч а ст и цу с а ж и в н ут р и з о н ы I з а ря д к и ЭФ (рисунок) действует результирующая сила, Н, кото р а я у вл е ка е т ч а ст и ц ы I в д в и жу ще м с я потоке О Г,
где - с и л а и н ду к ц и и , Н; - ку-
Fb = Fm + Fk+Fc н ^
Нео бходи мо отметить, что в ра з н ых точках разрядного промежутка напряжен-н ост ь п оля н е оди н а ко ва . О н а с ил ь н о и з м е -няется только в небольшой области у корон и ру ю ще го эл е ктрода , и <^Е/<^Х п р и н и ма ет от р и ца тел ь н ое з н а ч е н и е . Поэто му л и ш ь в непосредственной близости от корониру-ющего электрода может проявляться действие этой силы на крупные сажевые части-
1 - н еноро н иру ю щ и й эл ентр од, 2 - но -
Р и с . 1 . Схе м а с ил , де й ст вую щ и х н а ч а -стицу сажи в электрофильтре
цы, заставляя двигаться их к коронирующе-му электроду.
Для б ол ь ш е й ч а ст и в н е ш н е й зо н ы коронного разряда напряженность поля изменяется слабо, и с достаточной для практики точ н ость ю е е м ож н о сч ита ть п остоя н н о й . То есть для большей части разрядного проме-жут ка <^Е/<^Х ~ 0, и вл ия н и е с и л Ы1 Ги н а дв и -же н и е с аже в Ы1Х ч а ст и ц в н утр и ЭФ м ож н о н е учитывать.
Ос н о в н о й с ил о й, де й ствую ще й н а ч а -ст и цу с а ж и в ЭФ, я вл я е тся кул о н о в с ка я с и л а
Г" V/
гн действия электрического поля на заряд частицы:
где - м а кс и м а л ь н ы I й з а р я д ч а ст и ц ы I с а ж и , Кл ; Е — н а п ря же н н о ст ь эл е кт р и ч е с ко -го п ол я, ос ажда ю ще го ч а сти цы, В/м .
В не обл а сти ко ро н ы де йств ие это й силы на сажевую частицу направлено к не-кронирующему электроду.
Для к ру п н ы Iх с аже в ых ч а сти ц ди а м е -тром больше 1 мкм максимальный заряд [3]
где 5 — п о ка за тел ь ди эл е кт р и ч е с к их свойств частицы сажи.
Вел и ч и н у 5 м ож н о в ы ч и сл ить и з фо р-
мулы:
Для м ел к и х са же в ых ч а сти ц ди а м е -тром менее 1 мкм максимальный заряд определим по следующей формуле [3]:
, Кл ( 7)
где т — м а с с а и о н а , к г; г — в р е м я з а -ря дк и, с; Т — а б сол ютн а я те м п е ра ту ра , К; НБ — п о стоя н н а я Бол ь цм а н а , Дж/ гра д; No — начальная концентрация ионов коронного р а з ря да ; I — з а ря д эл е кт р о н а , Кл .
Пе р едв и га я с ь в эл е кт р и ч ес ко м п ол е, заряженная частица сажи будет испытывать де й ств и е с и л ы со п рот и вл е н ия с р еды гс, которая зависит от ее размеров и скорости движения, а также от вязкости среды:
где ц — коэфф и ци е н т ди н а м и ч ес ко й вя з ко с т и ОГ, Н • с/м 2 ; шп — с ко р о с т ь д в и же н и я частицы сажи, м/с.
Ис пол ьзуя вто ро й за ко н меха н и ки, перепишем уравнение (2) следующим образом [4]:
(9)
По сл е соот ветст вую щ их п ре о б р а зо ва -ний данное выражение примет следующий вид:
дм ^
сИ
+
т
т
ос
(10)
Ре ш а я да н н о е ди ффе ре н ци а л ь н ое л и -нейное уравнение 1-го порядка, получим выражение для определения скорости движения сажевых частиц, м/с, к осадительным электродам фильтра [1, 2]:
Учитывая, что значение экспоненты в степени очень мало, то очевидно, что им м ож н о п р е н е б р е ч ь . С уч ето м это го з а п и ш е м окончательное выражение для скорости ча-
стиц сажи
ОУ. =
2s Е Е ^ е о ^ ос ^.
г
М
, м/с. (12) Ос е в ш и е са же в ы е ч а сти цы уде рж и ва -ются на поверхности электродов под действием двух основных сил: сил адгезии и электрической.
Сил а с це пле н ия, Н, ч а сти цы саж и с плоскостью осадительного электрода
FM = тгсгО ■ 10
-ю
, (13)
где о - м еха н и ч е с ко е н а п ря же н и е , Н/ м 2 ; й - д и а м е т р ч а с т и ц ь I с а ж и , м .
Эле ктр ич ес кая с ил а, Н, вза и моде й-ствия между частицей сажи и поверхностью осадительного электрода будет зависеть от напряженности электрического поля, удельного электрического сопротивления сажи, размера частиц, а также плотности тока короны и может быть найдена по следующей формуле [3]:
где й - д и а м е т р ч а ст и ц ь I с а ж и , м ; С и С - ко н с т а н т ь I ; '/ - п л о т н о с т ь то ка , А/ м 2 ; рэ - удельное электрическое сопротивление ч а ст и ц с а ж и , О м • м .
В в и ду то го, ч то з н а ч е н и е м н оже ст в а СЕ /5 рэ > С Е2, эл е кт р и ч е с ка я с и л а Гэ п р и н и м а -ет положительное значение, что в итоге не будет способствовать вторичному уносу сажевых частиц с поверхности осадительных электродов.
Для и с кл юч е н ия это го н е га ти в н о го я в-
ления необходимо знать предельную толщину слоя осажденной сажи, м, при которой частицы будут удерживаться на поверхности осадительных электродов:
(15)
где 5 - с р ед н я я тол щ и н а сл о я с а ж и н а о са дител ь н ы х эл е кт рода х, м ; пд - ус ко ре -ние, сообщаемое электродам фильтра от вибраций при работе трактора, м/с2.
Та к и м о б ра зо м, для у вел и ч е н ия с ил ы притягивания сажевых частиц к поверхности сажесборников необходимо увеличивать максимальный заряд частиц за счет увеличения напряженности электрического поля в межэл е ктродн ом п ромежутке ЭФ. П р и это м п р едел ь н а я тол щ и н а о с а жде н н о го слоя сажи на поверхности сажесборников не должна превышать 0,6 мм.
Б и бл и о гр а ф ич е с к и й с п и со к :
1 . Тэ н эсе с ку Ф., К р а м а р ю к Р. Эл е ктро -ста ти ка в тех н и ке . / Пе р . с рум . - М. : Э н е р-гия, 1980. - 296 с.
2 . Кл е й ме н о в Э . В . Эл е кт роф и з и ч е с к и е методы переработки сельскохозяйственной п р оду к ц и и . - Ря з а н ь, РГСХА, 2003. - с . 3 2-38 .
3 . Ужо в В .Н . Оч и стка п ро м ы шл е н н ых га з о в эл е ктроф ил ьтра м и . М . : X и м ия , 1967 . -314 с.
4 . А р ку ш а А .И . , Ф рол о в М . И . «Тех н и ч е -с ка я м еха н и ка » . - М . : В ы с ш а я ш кол а, 1983 . -447 с.
