ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В МОЩНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ МЕТОДАМИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2002 С. 177-179

Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, Новороссийск,  vnk@avtec.ru

Полученное нами ранее в [1] уравнение определяющее количество незаряженных аэрозольных частиц может быть использовано для описания эффективности образования плазмы в потоке частиц. Для правильной оценки происходящих процессов, а также для оценки КПД пылеочистного устройства (электрофильтра) необходимо численное решение этого уравнения в реальных условиях. В отличии от имеющихся работ [2], оно позволяет удовлетворительно описать процессы зарядки частиц ионным током в мощном электрическом поле напряженностью до 1.5*105 В/м. Целью настоящей работы является численное моделирование уравнения для эффективности зарядки аэрозольных частиц, в газовом потоке.  Для решения этой задачи было выполнено численное решение уравнения для эффективности  зарядки  частиц ионным током в зависимости от дисперсного состава частиц, плотности тока и расстояния, пройденного этими частицами в электрическом поле.

Как следует из  уравнения (5) работы [1],     количество незаряженных частиц непрерывно убывает, что обусловлено образованием заряженных частиц   при 

 где         Q– начальное количество (масса) частиц, кг;

t  —    время нахождения дисперсной среды в пространстве заполненном зарядами, с;

   J –плотность ионного тока, а/м2;  

k – подвижность ионов, м2/В*с

w – скорость потока частиц, м/с.

E – напряженность электрического поля, В/м;

e — диэлектрическая постоянная вещества.

Кроме того под воздействием электростатических сил постоянно происходит осаждение заряженных частиц  на осадительный электрод. Таким образом , происходит два самостоятельных процесса, влияющих на количество заряженных частиц в активной зоне электрофильтра. Количество частиц заряжаемых (без учета осаждения заряженных частиц) будет равно:

           (1)

>

Скорость образования заряженных частиц получим  из уравнения (1):               (2) 

Скорость осаждения заряженных частиц, равномерно распределенных в пространстве между коронирующими и осадительными электродами, может быть определена как:

                  (3)

где                    Qзар – Количество заряженных частиц в межэлектродном пространстве, кг;

                          w1 – скорость движения заряженных частиц в направлении к осадительному электроду;

                          l – расстояние между электродами.

,   здесь   m —динамическая  вязкость газа, н*с/м2.

Скорость изменения количества заряженных частиц в осадительном пространстве с учетом (2) и (3)  равна:

                         (4)

Интегрируя (4) при нулевых условиях, получим                                    (5)

       Уравнение (5) определяет количество заряженных частиц находящихся в электрофильтре.

На рис. 1,2 и 3 приведены графики количества заряженных частиц, в зависимости от активной длины электрофильтра и плотности тока коронного разряда При построении графиков были приняты следующие постоянные величины:

m=0.2*10-4   н*с/м2; l=0.15  м;w=1.5 м/с;   e=2*10-11a*c/B*м;  E=1.5*10В/м; k=2*10-4 м2/В*с.

Скорость  зарядки частиц в электрофильтре может быть охарактеризована уравнением (5), по которому построены кривые (форм. Дейча) на рис.1,2,и3 (количество незаряженных частиц в функции от активной длины фильтра.

Изменение количества осажденных частиц (на осадительном электроде) с учетом скорости осаждения, определяемой уравнением (2), будет равно:

,

Общее количество уловленных частиц определится: ,

С учетом уравнения (9) получим:                                 

Интегрируя это выражение получим:                                   (6)

Как известно, коэффициент полезного действия фильтра равен отношению уловленных частиц к начальному их количеству. Из уравнения (6) получим значение для коэффициента полезного действия (кпд) фильтра:

                   (7)

Уравнение (7) дает зависимость кпд фильтра от времени нахождения аэрозоля (воздушно смеси с частицами) в фильтре. Полное время фильтрации равно: ,  где L – длина фильтра, м; w— скорость течения газа, м/с.

Тогда выражение для кпд фильтра примет вид:                                  (8)

где   

Выражение для кпд (8) позволит определить параметры оптимизации электропитания фильтра. Рассмотрим два частных случая определения кпд фильтра:

·  Скорость движения заряженных частиц бесконечно велика, при этом зарядившиеся частицы мгновенно осаждается на осадительный электрод. В этом случае будем иметь:                  (9)

·  Плотность ионного тока бесконечно велика. При этом, частицы попавшие в электрофильтр, заряжаются мгновенно. В данном случае будем иметь:                                 (10)

Последнее выражение (10) – формула Дейча, применяющаяся в расчете электрофильтров.

Для иллюстрации приведем графики зависимости кпд от активной длины фильтра, для различных плотностей рабочего тока и радиуса частиц. Кривые кпд построены по формуле (8). На всех графиках отображена кривая построена по формуле Дейча. При  расчете постоянными приняты следующие величины:

Динамическая вязкость газа = 0.2*10-4 н*с/м2;

Расстояние между электродами = 0.15 м;

Скорость газа  = 1.5 м/с;

Подвижность ионов = 2*10-11а*с/В*м; Напряженность электрического поля у осадительного электрода = 1.5*105 В/м.

Таким образом, в работе получено уравнение для эффективности зарядки аэрозольных частиц в реальных условиях (реализуемых в электрофильтре), и результаты  численного моделирования этого уравнения  подтверждающие его более высокую точность, по сравнению с использовавшимися ранее уравнение Дейча.

1.     Динамика зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле. Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, (см. Настоящий сборник)

2.      Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. ИЛ.,М. 1960.

ДИНАМИКА ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В МОЩНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2002 С. 175-176

Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, Новороссийск vnk@avtec.ru

Процессы образования плазмы в потоке аэрозольных частиц имеют не только чисто научный интерес, но и большое значение в различных технологиях, и в частности в электрической очистки газов от твердых и жидких фракций. В теоретических работах [1], [2] рассмотрены электрофизические процессы ионизации газов, использование этих эффектов для очистки газов от твердых и жидких фракций, однако к сожалению не разработано физической и математической модели процессов происходящих при электрической фильтрации газов. Целью настоящей работы является разработка математической модели физических процессов зарядки аэрозольных частиц, их осаждение и удаление их из газового потока. Для решения этой задачи было получено  модифицированное уравнение для определение доли заряженных части, в зависимости от расстояния, пройденного этими частицами в электрическом поле, с учетом механизма зарядки частиц. В этой части работы рассматривается использование ионного тока для зарядки частиц.

Если в некотором объёме газа содержится какая-то масса незаряженных частиц то поглощение этих зарядов  может быть определено на основании кинетической теории газов из следующих соображений.

Предположим, что в некотором объеме газа V содержится N  незаряженных частиц, имеющих массу Q, с удельной массой g . Введем допущение, что частицы имеют сферическую форму со средним радиусом r. Учитывая, что объём частицы  будет равен:

Определим число частиц в данном объёме газа, как: ,

Поверхность одной частицы будет равна:        .              

Общая эффективная поверхность будет равна:           .

Введем понятие — количество частиц в единице пространства .

Относительная эффективная поверхность частиц         .

 Считаем, что длина свободного пробега частицы –математически ожидаемое расстояние, на котором частица при движении в электростатическом поле пролетает без соударений с другими частицами. Определим длину свободного пробега частицы, как :                                        (1)

В следствии того, что при соударении частица выбывает из процесса, получаем потерю электрических зарядов из ионного потока :

                    (2)

где                  q – количество электричества находящееся в рассматриваемом  пространстве;

                        х – координата в направлении движения зарядов.

Интегрируя (2) с учетом (1), получим распределение зарядов в ионном потоке в зависимости от координаты x в направлении их движения:                                       

Тогда количество поглощенных зарядов будет равно

,                    (3)

где l – расстояние между электродами, м.

Для иллюстрации выражения (3) представлен график (рис.1) коэффициента использования зарядов в зависимости от содержания незаряженных частиц при различных их линейных размерах.

Для расчета приняты следующие величины постоянными —l =0.15 м; g=2*10кг/м3.

Радиус частиц  изменяется в пределах r =(2-20)*10-6 м.

Выражение (3) приведем к виду:

По последнему выражению построены кривые на рис.1.

Далее подробно рассмотрена зарядка частиц ионным током.

                Процесс зарядки монодисперсной среды отрицательными ионами можно определить, рассмотрев столкновения движущихся частиц с неподвижными зарядами, при этом величина каждого отдельного заряда обеспечивает зарядку частицы до полного потенциала. Зарядившаяся частица выбывает из потока, и считается потерянной.

                Введем условные обозначения:

q1 – количество электричества, отдельного заряда;

 диэлектрическая  проницаемость вещества;

e0 = 8.85*10-12  Ф/м  -диэлектрическая постоянная;

e относительная диэлектрическая постоянная вещества;

E – напряженность электрического поля, В/м.

Из вышеприведенных условий очевидно, что величина отдельного заряда будет равна:  

Количество отдельных зарядов в рассматриваемом объеме:            

Эффективное сечение одного разряда:                    

Эффективное сечение всех зарядов в рассматриваемом пространстве                        

Относительное эффективное сечение зарядов, находящихся в 1 м3  пространства:  

Длина свободного пробега частиц в пространстве, заполненном зарядами:                                

Потеря (заряженные частицы после соударения с зарядами считаются выбывшими из процесса) количества частиц определится:        ,            где x- координата вдоль пути следования частицы, м.

Произведя замену переменных: dx=wdt, получим:  —  или:   ,

где             Q0 – начальное количество (масса) частиц;

                    —    время нахождения дисперсной среды в пространстве заполненном зарядами;

                   w – скорость потока частиц.

Показатель степени последнего выражения: ,  может быть преобразован. Учитывая, что объемная плотность зарядов равна  , ( где  J –плотность ионного тока, k – подвижность ионов), окончательно получим содержание незаряженных частиц в потоке ,       (4)

или обозначив                                   получим                                                            (5)

Для иллюстрации выражения (5) определим  необходимую активную длину ионизированного пространства, при котором движущиеся частицы зарядятся до величины  99.9 %, в зависимости от плотности тока.        Преобразуем выражение (4) учитывая, что x=wt получим   

В качестве примера на Рис.2 приведен график зависимости (5)  при следующих условиях:

Q/Q=0.001;         k=2*10-4 м2/В*с;   w=1.5 м/с;             e=2*10-11а*с/В*м; Е =1.5*105 В/м.

Таким образом полученное уравнение (5) позволяет оценить эффективность процесса зарядки частиц в электрическом поле, для случая, когда определяющим является процесс зарядки ионным током

1. Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. ИЛ.,М. 1960.

2. Ужов В.Н.  Очистка промышленных газов электрофильтрами. Из. «Химия» М.1967.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ

Опубликована в ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ, БИОЛОГИИ И ГЕОЭКОЛОГИИ — 2007

Веремьев Н.К.3, Веремьев К.Н2., Шеманин В.Г2., Фофанов Я.А1., Баранов С.Е.3,Сикорский В.И.3, Вавилов В.А.2 1Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, 2Новороссийский политехнический институт, филиал КубГТУ, Новороссийск  3 ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

Факторы,  влияющие на степень очистки газов:

—          геометрические параметры электрофильтра;

—          физико-химические свойства аэрозолей;

—          форма волны питающего напряжения  электрофильтра.

Первые два фактора важны, но влиять на них в ходе процесса пыле очистки не представляется возможным. А вот изменять форму волны питающего напряжения подводимого к электродам фильтра – вполне реальная задача. Один из основных аспектов этой задачи – поддержание напряжения на электродах фильтра на уровне близким к оптимальному.

Эффективность работы электрофильтров описывается  степенью очистки газов. Ее принято определять по формуле  Дейча [1,2].

                                       (1)

где      h — коэффициент полезного действия электрофильтра;

             e — диэлектрическая проницаемость вещества     а*с/В*м;

             m — динамическая вязкость газа, m=2*10-4 н*с/м2;

             r – радиус  частиц, м;

             v – скорость  газового потока, м/с;

             U – напряжение  на электродах фильтра, В;

             L – длина  активной зоны фильтра по ходу газового потока, м;

             d – межэлектродное расстояние, м.

Рассмотрим, от чего зависит максимально возможная величина напряжения на электродах фильтра. Вследствие того, что  максимальное напряжение на электродах фильтра ограничивается электрической прочностью межэлектродного промежутка, рассмотрим насколько эта величина стабильна. Как подтверждают экспериментальные исследования [3,4], уровень пробивных напряжений на электродах фильтра изменяется на  10-20%, за ограниченные промежутки времени. Единственной информацией о том, что напряжение на электродах фильтра находится на максимальном уровне,  есть (как не парадоксально) искровой пробой. Поэтому система регулирования должна постоянно поднимать напряжение вплоть до пробоев.  Однако в процессе пробоя напряжение на электродах снижается до нуля, и тем самым среднее значение напряжения снижается. Таким образом, задача оптимизации состоит в том, чтобы вольт секундная (Интегральная) площадь была максимальной. Это означает – полученное превышение вольт секундной площади за счет подъема напряжения не должно быть потеряно при переходных процессах (искровых разрядах).

Таким образом для оптимального режима работы электрофильтра, необходимо чтобы среднее значение напряжения на электродах фильтра было максимально возможны — как в безыскровой  период времени, так и во время обработки искровых пробоев. Т.е. напряжение

было максимально возможным. Рассмотрим алгоритм обработки искрового разряда. Принимая следующие предположения: После искрового разряда необходимо как можно быстрее восстановить напряжение на электрофильтре. Пробои имеют различные характеристики. Поэтому восстановление напряжения в каждом конкретном случае должно быть индивидуальным. При искровых пробоях малой мощности можно сразу восстанавливать напряжение на уровень не более минимума напряжения предшествовавшего пробою. При искровых пробоях большой мощности (для предотвращения повторных пробоев) необходимо напряжение поднимать после паузы, служащей для деионизации разрядного промежутка. Для оптимального режима восстановление напряжения на электрофильтре, необходимо формировать угол регулирования, подаваемого на тиристорный регулятор, определенной величины. Эта величина прогнозируется опираясь на  параметры тока и напряжения в до искровой период времени. Рассмотрим три режима восстановления напряжения на электродах фильтра в послеискровой период времени (Рис.1). Эти режимы характерны для работы систем регулирования. В первом случае угол регулирования тиристорным регулятором остается неизменным до и после искрового пробоя. Это приводит к длительному восстановлению напряжения на электродах фильтра – более 90 мс, в нашем примере. Во втором случае система регулирования произвела увеличение угла регулирования (форсировочного угла) до величины выше критической. При этом напряжение на электродах фильтра резко возросло и в следствие того, что электронно-ионное облако не успело рассосаться, привело к повторному пробою, а так как пробивные свойства разрядного промежутка стали ниже это стало приводить к повторным пробоям при более низких напряжениях, и как следствие система регулирования снизила величину угла регулирования и восстановление напряжения сильно затянулось. В третьем случае на время восстановления напряжения подается правильно рассчитанное значение форсированного угла регулирования (величина которого например рассчитывается исходя из параметров напряжения на электродах фильтра в до искровой период). В первом и во втором случае время восстановления до напряжения равного минимуму предшествующего пробою периоду произошла за 90 мс и более, в третьем за 18 мс. Потери вольт секундной площади в первых двух случаях составили (при напряжении 50 кВ) –2250 Вс, в третьем случае – 450 Вс. Для  оптимального режима работы (при максимальном приближении к оптимальному напряжению на электрофильтре) должно быть в камере фильтра 0.5-1 искровой пробой в секунду. Таким образом потери вольт секундной площади за 1 минуту соответственно будут равны: в первых двух случае 4.5% — в третьем 1%.

Используя выражение (1) мы получим повышение КПД электрофильтра за

счет описанной оптимизации не менее 2.5 %.

Если оценить выбросы пыли в атмосферу (при начальной запыленности 15 г/м3, количества газа 100000 м3/ч и начальном КПД 95%) мы получим снижение по выходной запыленности порядка 10 %.

Таким образом можно сделать следующий выводы:

·  напряжение на электродах фильтра должно поддерживаться на уровне близком к пробивному, что осуществляется быстрым подъемом напряжения в межискровой период и как следствие количество пробоев должно быть порядка 0.5-1 искра в секунду;

·  основные потери напряжения происходят в момент восстановления напряжения на электродах фильтра в после искровой период, поэтому необходимо формировать угол регулирования на время восстановления, при котором напряжение на электрофильтре восстановится за 1-2 полупериода питающей сети и при котором не произойдет повторного пробоя межэлектродного пространства.

·  Основным ограничением скорости восстановления напряжения на электродах фильтра является скорость рассасывания (деионизация) носителей в искровом промежутке. При несоблюдении временной выдержки на деионизацию возможно возникновение вторичных пробоев, что приведет к значительному снижению вольт-секундной площади и как следствие к снижения эффективности процесса пыле газоочистки.

  1.  Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.:. Химия.1967.
  2.  Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. Дымовые электрофильтры. — М. Энергия, 1980,448с.
  3.  Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке.ОМИП — 2005, Москва
  4.  Веремьев Н.К, Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А Исследование оптических характеристик обратного коронного разрядов в аэродисперсной среде.ОМИП — 2005, Москва

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОБОИ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОСТРАНСТВА В АЭРОДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2008

Веремьев К.Н.1, Веремьев Н.К.2, Фофанов Я.А3,Шеманин В.Г4., Баранов С.Е5., Сикорский В.И6. 1,4Новороссийский политехнический институтфилиал КубГТУ, Новороссийск  3Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург,2,5,6ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

Введение

В технологическом процессе очистки отходящих газов от вредных примесей необходимо поддерживать среднее напряжение на электродах фильтра на максимально возможном уровне. Величина максимального напряжения на электродах имеет вероятностный характер и зависит многих факторов, постоянно изменяющихся во времени. Поскольку эффективность очистки прямо пропорционально квадрату среднего напряжения на электродах электрофильтра [1, 2], то для эффективной работы фильтра необходимо установить максимально возможное в каждый момент времени напряжение на электродах. Электрический пробой является единственным процессом, указывающим на достижение этого максимума (пробой характеризуется яркостью и формой светящегося канала). Однако сам пробой снижает интегральную напряженность электрического поля. Восстанавливать напряжение после пробоя без потерь и тем самым повышать степень очистки газов можно, контролируя оптические характеристики пробоя.

Оптимальное напряжение на электродах фильтра.

При работе электрофильтра [3,4,5] в искровом режиме эффективное напряжение можно определить из равенства:

                                                            ,                        (1)

где — разность потенциалов между электродами фильтра, В;

    —  вероятность безыскрового режима;

    — вероятность искрового пробоя.

Вероятность безыскрового, рабочего режима выражается сложной зависимостью, которая может быть аппроксимирована при . Выражением:   

,                         (2)

Где  — разность потенциалов, соответствующая началу искрения, В

Подставляя выражение (2) в формулу (1) и приравнивая производную от полученного выражения нулю, определим условия максимума эффективного  напряжения при :

                        (3)

Рабочая вероятность (2) с учетом равенства (3) может быть переписана:

,                             (4)

Определяя  из уравнения (3) и подставляя в уравнение (4), получим, после несложных преобразований, условие оптимального регулирования на электродах фильтра

,                                       (5)

или

                                    (6)

Максимальное значение вероятности искрового  пробоя определяется из уравнения (3) и из условия, что =0. В этом случае

                (7)

В случае безыскрового режима                                                (8)

Уравнение (7) и (8) являются границами определения функции (6), так как вероятность искрового пробоя определяется по средней мощности искровых разрядов в электрофильтре. Коэффициент будет определяться эмпирически.

Для подтверждения вероятностного характера возникновения искровых пробоев были проведены исследования искровых пробоев в реальном электрофильтре при подаче напряжения на электроды фильтра. Наблюдения проводились на электрофильтре печи № 7 Цементного завода Пролетарий  Комбината Новоросцемент [3]. Съемки проводились из форкамеры электрофильтра. На Рис. 1 представлено первое поле электрофильтра, снятое вдоль электродов.

Рисунок 1. Коронирующие и осадительные электроды фильтра

На электроды фильтра подается напряжение со средним значением до 110 кВ, в результате чего в межэлектродном пространстве формируется электростатическое поле, возникает коронный разряд и создающее поток заряженных частиц (ионов). В промышленных электрофильтрах на коронирующий электрод подается напряжение отрицательной полярности (положительный коронный разряд менее устойчив) относительно осадительного электрода, который заземлён. В результате ряда процессов, которые описаны ниже, частицы попадающего в электрофильтр пылегазового потока оказываются на осадительном электроде.

 Динамика пробоя в промышленном электрофильтре

Исследования проводились на промышленном электрофильтре печи № 7 цементного завода «Пролетарий» Комбината Новоросцемент. Съемки выполнялись из форкамеры электрофильтра.

Детально рассмотрены различные стадии электрического пробоя в камере электрофильтра, как по времени одного пробоя, так и по характеру пробоя. В первом случае электрический пробой был практически завершен, однако в стадию полного перекрытия разрядного промежутка не смог развиться и разрушился на последней стадии, т.е. не хватило накопленной энергии, чтобы удержать параметры ионизированного канала, и тепловая составляющая разорвала канал разряда (см. Рис. 2,3,4).

На Рис. 2 показана начальная стадия пробоя. Видны канал лидера и головка (зона лидерной короны) лидера. На Рис. 3 виден только остаток лидерного канала, который через секунду исчезнет. На Рис. 4 представлена интерполяция этих двух моментов, т.е. соединены два этапа на одном  рисунке. 

Рисунок 2. Начало искрового пробоя

Рисунок 3. Окончание искрового пробоя

Рисунок 4. Наложение двух стадий пробоя

Рисунок 5. Начало мощного искрового пробоя

img src=»https://www.avtec.ru/article/elbrus2008.files/image041.jpg» alt=»»/>

Рисунок 6. Окончательная фаза мощного искрового пробоя

На Рис. 5 и 6 приведены две стадии электрического пробоя, который полностью завершился дуговым разрядом. На Рис. 5 видна начальная стадия пробоя, на Рис. 6 – окончательная стадия пробоя. Этот пробой как видно вначале имел слабое развитие, а затем развился в мощный дуговой пробой с полным стеканием заряда с коронирующего электрода. Следующей иллюстрацией будет разряд, который из полного перекрытия межэлектродного промежутка прекращается, а заряд на электродах стекает не полностью – Рис. 7,8

Рисунок 7.  Начальная часть искрового пробоя

Рисунок 8.  Окончание  искрового пробоя

Если искровые пробои возникают в отдаленных частях электродов фильтра от центра электрода возникают условия, когда динамическое сопротивление настолько велико, что электроны не успевают стечь в образовавшийся канал пробоя, и при прекращении искрового пробоя напряжение на электродах вновь превышает прочность разрядного промежутка, при этом могут возникнуть повторные пробои, приводящие в конце концов к полному снижению напряжения на электродах фильтра. Пример этому представлен на Рис. 9-11

Рисунок 9. Первый искровой пробой в серии из трех пробоев.

Рисунок 10. Второй искровой пробой в серии из трех пробоев

Рисунок 11. Третий искровой пробой в серии из трех пробоев

В случае когда в пространстве возникает лавинообразный процесс, а напряжение на электродах ниже критической, возникает частичное перекрытие пространства – стример, который заканчивается не перерастая в искровой пробой —  Рис.12.

Рисунок 12. Частичный пробой пространства – стример

Выводы

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

·   При одних и тех же внешних условиях (электрофильтр, агрегат питания электрофильтра, система регулирования, настройки системы регулирования, аэродисперсная среда) возникают электрические пробои разрядного промежутка, имеющие различные характеристики.

·   Электрические пробои возникают в различных местах пространства электрофильтра (т.е. их распределение носит стохастический характер).

·   Электрические пробои имеют различные оптические и электрические характеристики как по мощности, так и по этапам развития.

·   Характерные значения напряжений и токов через электрофильтр, при которых происходили электрические пробои, лежат в следующих пределах: Uср=(30-45) кВ , Iср= (100-250) мА.

·   При возникновении искровых пробоев на удаленных от центра электродов участке возможно возникновение  серии одиночных искровых разрядов от двух и более.

Полученные результаты показывают, что необходимо создавать различные алгоритмы управления восстановлением напряжения после электрических разрядов, охватывающие все возможные особенности их развития. При правильной обработке электрических пробоев можно значительно повысить степень очистки газов и надежность газоочистного оборудования.

Литература

  1. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М. Химия.1967. 344 с.
  2. Левитов В.И., (п/ред.) . Дымовые электрофильтры. М., Энергия, 1980, 448с.
  3. Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А. Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке. Труды VII Международнойнаучно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков», М., 2005, С. 382 — 385
  4. Фортов В.Е.  Энциклопедия низкотемпературной плазмы. // Вводный том II, Генерация плазмы и газовые разряды ,М., Наука, 2000, С. 180-273.
  5. Мик Дж., Кретс Дж.. Электрический пробой в газах. ИЛ., М. 1960., 483 с.
  6. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. Государственное издательство технико- теоретической литературы. М., 1950, 564 с.

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБРАТНОМ КОРОННОМ РАЗРЯДЕ

Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии — 2010  

Н.К. Веремьев, К.Н. Веремьев, Я.А. Фофанов, В.Г. Шеманин,С.Е. Баранов, В.И. Сикорский (Новороссийск, Санкт-Петербург) 

Эффективность процесса очистки газа от взвешенных частиц в значительной степени зависит от режима электропитания [1]. Осаждение в поле отрицательного коронного разряда частиц, обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением, приводит к образованию на некоронирующем положительном электроде слабопроводящего слоя. Слабая проводимость вещества, образующего слой, является причиной накопления на поверхности и в толще последнего отрицательного заряда. Электрические явления, происходящие в слое, и их влияние на процесс осаждения частиц аэрозоля в значительной степени зависит от структуры и механической прочности слоя. Если изолирующий слой монолитен, накопление заряда и повышение потенциала на поверхности слоя вызывает последовательное уменьшение тока коронного разряда, которое продолжается до тех пор, пока последний не уравняется с током активной проводимости осевшего слоя. Этот процесс аналогичен зарядке плоского конденсатора, однако, в отличие от конденсатора, поверхность слоя неравно потенциальна и поле внутри слоя неравномерно. Падение напряжения на слое, вычитаясь из напряжения источника питания, повышает потенциал осадительного пространства. Наибольшее увеличение потенциала наблюдается у коронирующего электрода, где происходит относительное возрастание напряженности электрического поля, в средней части разрядного промежутка градиент потенциала отличается от потенциала, имеющего место при чистом некоронирующем электроде. Неравномерность поля внутри слоя также увеличивается, неоднородным распределением заряда по поверхности слоя. При достижении критической величины потенциала в осевшем слое, в газовых микро-каналах создаются условия для ударной ионизации, и образования электронных лавин. Возникают микро пробои слоя, сопровождающиеся выбросом в межэлектродное пространство положительных ионов. Это явление носит название «Обратной короны». Обратная корона резко снижает эффективность работы электрофильтра, вследствие перезарядки частиц осаждаемого аэрозоля потоком положительных ионов и снижения градиента потенциала в межэлектродном пространстве. Средний потенциал поверхности слоя при обратной короне независимо от величины напряжения источника питания остается равным критическому потенциалу зажигания обратной короны. Его уровень определяется условиями возникновения критического градиента в устьях микро каналов на поверхности слоя и в значительной степени зависит от толщины и структуры последнего. Под воздействием развивающихся в канале температуры и давления сечение канала увеличивается. Вследствие быстрого разрушения структуры слоя, обратный коронный разряд является неустойчивым явлением. Обратная корона является разрядом с положительного острия и для устойчивого существования нуждается в непрерывном потоке электронов для генерации электронных лавин.

В условиях обратной короны в значительной степени понижается пробивное напряжение разрядного промежутка. Область в устье канала разряда, которая характеризуется высокими плотностями встречных потоков положительных и отрицательных ионов, значительными интенсивностями процессов ионизации и рекомбинации, является источником положительных стримеров, развивающихся в направлении отрицательного электрода, что и облегчает развитие пробоя.

Во внешней электрической цепи электрофильтра обратная корона проявляется в значительном увеличении тока, снижении напряжения, возникновении искровых и дуговых разрядов, а также деформации вольтамперной характеристики фильтра.

Сопротивление пыли, которая улавливается электродами, может изменяться в очень широких пределах, что в свою очередь существенно влияет на процесс улавливания пыли.

Явление обратного коронного разряда возникает при очистки газов от пыли с удельным объемным сопротивлением ρv ≥ 108 Ом*м. Эта пыль наиболее трудно улавливается из-за возникновения обратной короны [2, 3]. Частицы, осевшие на осадительный электрод, долго сохраняют свой заряд из-за высокого сопротивления частиц пыли. Заряды, содержащиеся в слое, определяют распределение напряженности электрического поля в слое.Для исследования возникновения обратного коронного разряда и параметров, определяющих интенсивность этого разряда были выполнены эксперименты, которые показали:.-обратный коронный разряд возникает при очистки пылегазового потока от пыли имеющей высокое удельное электрическое сопротивление;-интенсивность обратного коронного разряда зависит от физико-химических свойств пыли.При обратном коронном разряде в межэлектродном пространстве присутствуют ионы обеих знаков. Причем количественное соотношение этих ионов зависит от интенсивности обратного коронного разряда.При интенсивном обратном коронном разряде частицы пыли не имеют преобладающий заряд, и практически не происходит очистка газов.Для увеличение степени очистки газов необходимо снижать мощность обратного коронного разряда. А это возможно двумя способами: изменяя форму волны питающего напряжения или через- периодное питание, импульсное питание, знакопеременное питание;Кондиционирование отходящих газов, при котором снижается удельное электрическое сопротивление частиц пыли. 

1 Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г., Фофанов Я.А. // Труды ОМИП — 2005, Москва, С. 1542 К.Н. Веремьев, Н.К. Веремьев, В.Г. Шеманин, Ю.Л. Юров // В Сб. Физика экстремальных состояний вещества – 2002. Черноголовка. 2002. С. 1233 Высоковольтные электротехнологии // Под ред. И.П. Верещагина. М., МЭИ 1999. 324 с.