Применение электрических фильтров для очистки хлопка от малых частиц пыли

DOI: 10.32743/UniTech.2021.83.2-3.90-93

АННОТАЦИЯ

В статье приведен анализ пылесборников для улавливания мелких частиц пыли, выбрасываемых на хлопкоочистительных заводах, и доведения пыли, выбрасываемой в атмосферу, до соответствующего санитарно-технического уровня, а также разработаны рекомендации по проведению научных исследований с учетом показателей очистки хлопка от малых частиц пыли.

ABSTRACT

The article provides an analysis of dust collectors for capturing small dust particles emitted at cotton ginning plants and bringing dust emitted into the atmosphere to the appropriate sanitary-technical level, and also developed recommendations for scientific research taking into account the indicators of cleaning cotton from small dust particles.

Ключевые слова: хлопок, вредная пыль, электрофильтр, ядовитый газ, электрическое поле, электрод, корона.

Keywords: cotton, harmful dust, electrostatic precipitator, poisonous gas, electric field, electrode, corona.

В настоящее время в хлопкоочистительной промышленности необходимо принять срочные меры не только по совершенствованию технологического процесса приема, хранения, сушки, очистки и обработки, но и по совершенствованию систем осушения и очистки воздуха.

В процессе первичной обработки хлопка, то есть транспортировки, сушки, очистки, переработки волокнистых отходов производства, в воздух и атмосферу производственных помещений выбрасывается большое количество пыли, что наносит большой экологический ущерб   природе.

Кроме того, чистота воздуха в производственных помещениях оказывает большое влияние на здоровье рабочих. Пыльный воздух вызывает различные заболевания в результате негативного воздействия на верхние дыхательные пути, зуд слизистых оболочек глаз в пыльных помещениях, а также частицы пыли являются средством переноса туберкулезных палочек и вредоносных бактерий.

Хлопкоочистительные заводы используют одноступенчатое и двухступенчатое оборудование для очистки от пыли для удаления различной пыли с экологической точки зрения. Пыль от хлопкоочистительных машин направляется в пылесборники (циклоны) с помощью вентилятора, проходит через них и выбрасывается в атмосферу.

КПД циклонов на хлопкоочистительных заводах составляет 54,5-86,6%.  Результаты анализа показывают, что эффективность удаления мелкозернистой пыли циклоном невысока. Эффективность очистки от пыли до 5,0 мкм не превышает 7,9-38,0%, в большинстве случаев 12,5%. Для пылевых частиц размером 5,0–10,0 мкм эффективность составляет 10–45%. В циклонах очень мелкие (1,0–5,0 мкм) частицы пыли выбрасываются в атмосферу без улавливания, а это большая часть пыли, которая выбрасывается в атмосферу из-за низкой эффективности очистки [1].

Результаты исследований показывают, что циклонное оборудование большого диаметра не подходит для эффективной очистки от вредных газов и пыли. На практике использование современного циклонного оборудования малого диаметра неэффективно из-за постоянного запыления и выхода из строя.

Поэтому изучение возможности использования фильтров для очистки вредных газов и пыли на хлопкоочистительных заводах является одним из основных вопросов сегодня. Среди фильтров, применяемых на предприятиях для очистки вредных газов и пыли, использование электрофильтров является наиболее эффективным. 

Электрические фильтры основаны на ионизации молекул газа с помощью электрического разряда для очистки газов под действием электрического поля.

Если газ попадает в электрическое поле, образованное между двумя электродами, подключенными к высоковольтному постоянному току, его молекулы ионизируются, то есть они распадаются на положительно и отрицательно заряженные частицы. В результате они начинают двигаться в направлении электромагнитных линий. Для этого электрод делают в виде тонкой проволоки, протянутой от оси трубки или между двумя параллельными пластинами (Рисунок 1).

Рисунок 1. Трубчатый (а) и пластинчатый (б) электроды

1- «коронный» электрод; 2 сливных трубчатых электрода; 3 направления мощности; 4 грузила, пластинчатый электрод. I-пылевой газ; II-очищенный газ.

Напряженность электрического поля перед проволокой очень высока и уменьшается по мере приближения к краю трубы или пластины. Следует отметить, что напряженность поля перед трубой или пластиной такова, что искры и электрические переходы не возникают.

При возбуждении полного ионизированного поля между электродами образуется «коронный» разряд. В этом случае полностью ионизированный слой газа конденсируется, испуская свет и потрескивая звук. Электрод, образующий «корону», называется «коронным» электродом. Противозарядный электрод в виде трубки или пластины называется осади тельным электродом.

«Коронный» электрод подключается к отрицательному полюсу, а сток - к положительному. В таких случаях на электроды могут подаваться очень высокие напряжения. При образовании «короны» появляются как заряженные ионы, так и свободные электроны. Под действием напряженности электрического поля ионы движутся к «коронному» электроду и нейтрализуются в нем [2].

Отрицательные ионы и свободные электроны направляются к осаждающему электроду. В результате на этот электрод оседают частицы пыли или тумана. Основная часть пылевых частиц в газе заряжена отрицательно, потому что движущиеся отрицательные электроны и ионы проходят большее расстояние, чем положительные ионы, пока не достигнут осаждающего электрода. Следовательно, они с большей вероятностью столкнутся с частицами газа. Только когда он сталкивается с положительно заряженными ионами вокруг «коронного» электрода, небольшая фракция частиц пыли или тумана оседает на «коронном» электроде. Когда отрицательно заряженные ионы, частицы пыли или тумана достигают осаждающего электрода, они отдают ему свой заряд и тонут под действием силы тяжести. Такой процесс осаждения осуществляется в электрофильтре.

Чтобы уменьшить вредное воздействие частиц пыли, осажденных на электродах, время от времени частицы, осажденные на электродах, стряхивают   или запыленный газ увлажняют (для увеличения проводимости) перед попаданием в электрофильтр. Однако температура газа не может опускаться ниже точки росы.

Очистка твердых частиц от запыленных газов под действием электрического поля имеет много преимуществ перед другими методами. В отстойниках, например, в циклонах, фильтрах тонкой очистки невозможно разделить под действием силы тяжести и центробежной силы.

Разделение разнополых газовых смесей под действием электрического поля осуществляется на электродах. Сухие электрические фильтры используются для удаления пыли и дыма, а влажные электрические фильтры используются для очистки тумана.

Простой электрофильтр состоит из двух электродов, один из которых выполнен в виде анодной трубки или пластины, а другой - катодно-проволочной. Катод - проволока протягивается в трубку или между пластинчатыми анодами. Аноды всегда заземлены.  При подключении электродов к источнику постоянного тока образуется разность потенциалов 4 ... 6 кВ / см. Это значение обеспечивает плотность тока 0,05 ... 0,5 мА на 1м длины катода.

Трубчатые электрические фильтры. Пыль и дымовые газы переносятся на дно устройства в нижней части решетки с отверстиями для электродов и распределяются по трубчатому электроду, то есть аноду. Погружаясь в анод, частицы, образующие слой, периодически встряхиваются и собираются в конической трубке на дне устройства. Осадок, состоящий из скопившихся частиц пыли, выводится из нижнего сопла, а очищенный газ выводится в окружающую среду через сопло в верхней части фильтра [3].

В пластинчатых электрических фильтрах анод действует как пластина, а катод как проволока, протянутая между пластинами. Степень очистки газов в электрофильтрах зависит от электропроводности пыли. Если частицы хорошо проводят электричество, они мгновенно заряжаются и принимают на себя заряд электрона. Это создает подвешенную силу, которая избегает друг друга, заставляя частицы газа вылетать из фильтра и снижая степень очистки.

Пыль, осевшая на пластинчатых электродах электрического фильтра, легче очищается, чем на трубчатом фильтре, и при этом на единицу длины проволоки расходуется меньше энергии. Кроме того, эти фильтры компактны, используется меньше металла и просты в сборке. Если количество электродов и поперечное сечение устройства известны, расчет электрофильтров будет заключаться в определении длины его «коронного» электрода. Величина тока в электрофильтре равна I = iL, где i - плотность тока; L - длина электрода [4].

Критический градиент потенциала находится из следующего уравнения:

где: - отношение плотности воздуха в этих условиях при давлении 0,1 МПа к плотности при температуре 25 ° С. Если мы знаем расстояние между электродами, мы можем найти разность потенциалов между электродами.

Степень очистки газов определяется по следующей общей формуле:

где: x₁ и x₂ - концентрация твердых частиц в газах, поступающих и выходящих из электрофильтров, кг / м³; w - скорость движения заряженной частицы к поверхности электрода, м / с; f - удельная поверхность погружения, м² / (м³ / c).

Для трубчатых электрофильтров:

Для пластинчатых электрофильтров:

где: l - длина паза или пластины, м; r - радиус трубки стокового электрода, м; h - расстояние между утопающим и «коронным» электродами, м; w - скорость газа в электрофильтре, м / c.

Степень очистки электрофильтрами воздуха от пыли и токсичных газов теоретически определяется по следующей формуле (в%).

Для трубчатых электрофильтров:

Для пластинчатых электрофильтров:

где: - скорость движения частиц , м / с. -активность газов внутри электрофильтра, м / с.

L - длина электрического поля, м.

R - радиус разделяющего электрода, м.

h - расстояние между сепаратором и коронными электродами, м [5].

Заключение: циклоны, используемые в настоящее время на хлопкоочистительных заводах, не соответствуют требованиям санитарных норм по очистке воздуха от вредных частиц. Циклоны с точки зрения проектных характеристик имеют более низкие показатели, высокий расход металла и энергии, чем электрические фильтры. С учетом широты улавливания твердых частиц и низкого воздействия на окружающую среду и энергии эффективности, рекомендуется использовать электрические фильтры для очистки воздуха в производственной среде.

Список литературы:

1. Гафуров М.О. “Основные меры энергосбережения на промышленных предприятиях и их эффективность”// https://7universum.com/ru/tech/authors/item/8579
2. Khafizov I.I., Gafforov K.K., Oblokulov B., Azimov A. “Elimination of energy losses in pumping installations by means variable frequency drive”, International Engineering Journal For Research & Development, Vol.5, Issue 3, April 2020, E-ISSN NO:-2349-0721, Impact factor : 6.03.P.83-89
3. Мухторов А.Ф. Гафуров М.О. Аннаев З.Й. “Надежность электротехнических систем предприятий с непрерывными технологическими процессами”. https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10863
4. Николаев М.Ю., Есимов А.М., Леонов В.В. “Электрофильтры: принцип работы и основные достоинства”. Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. XLI междунар. науч.-практ. конф. № 12(37). – Новосибирск: СибАК, 2014.
5.  Xafizov I.I., Sharipov Sh.N., Xudoynazrov F.J. “Sanoat korxonalarida zararli gaz va changlarni tozalovchi energiya samarador elektr filtrlarni qo’llash”, Monografiya, Buxoro nashir-2020 y
6. Xafizov I.I., Sharipov Sh.N., Xudoynazrov F.J., Xafizov X.I. “Саноат корхоналарида зарарли газ ва чанглардан тозаловчи энергия самарадор электр фильтрларнинг қўлланилиши”// Buxoro davlat universiteti ilmiy axboroti jurnali 2020/2 (78)  b.28-32