Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков

Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков

В работе рассмотрены вопросы интенсификации процессов очистки от мелкодисперсной пыли аспирационных потоков. Показано, что повысить эффективность очистки от мелкодисперсной пыли можно за счет зарядки аэрозолей, которая осуществляется системой коронирующих электродов типа «острие» и расположенной поп...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
Hauptverfasser: Голинько, В.И., Пустовoй, Д.С.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2015
Schriftenreihe:Геотехнічна механіка
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134262
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков / В. И. Голинько, Д. С. Пустовoй // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 253-263. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134262
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1342622025-02-09T20:49:01Z Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков Використання зарядки аерозолів у полі коронного розряду для інтенсифікації процесів очищення від пилу аспіраційних потоків Use of aerosol charge within corona field effect to intensify dedusting processes of aspiration flows Голинько, В.И. Пустовoй, Д.С. В работе рассмотрены вопросы интенсификации процессов очистки от мелкодисперсной пыли аспирационных потоков. Показано, что повысить эффективность очистки от мелкодисперсной пыли можно за счет зарядки аэрозолей, которая осуществляется системой коронирующих электродов типа «острие» и расположенной поперек потока запыленного воздуха сеткой в котором ударная зарядка крупных частиц пыли и их возможное осаждение в зарядной камере осуществляется только в разрядном промежутке во время действия импульсов напряжения. Показано, что при значительной скважности импульсного высоковольтного напряжения, величина заряда крупных частиц пыли и время действия внешнего электрического поля под воздействием которого осуществляется направленное движение частиц пыли к заземленному электроду и стенкам зарядной камеры значительно меньше чем в поле униполярного посто янного коронного разряда. Во время паузы между импульсами напряжения из-за отсутствия внешних электростатических сил направленное движение частиц пыли к заземленному электроду практически не происходит, а наблюдается интенсивный унос ионов с разрядного промежутка. При дальнейшем движении ионизированного пылегазового потока за пределами разрядного промежутка в зарядной камере происходит в основном лишь интенсивная зарядка мелкодисперсных частиц пыли аэрозоля за счет диффузии ионов к их поверхности. При этом, ввиду отсутствия внешних электростатических сил, направленное движение частиц пыли к стенкам трубопровода и их осаждение на них практически не происходит, что, в совокупности, на несколько порядков снижает интенсивность их осаждения и накопления. У роботі розглянуті питання інтенсифікації процесів очищення від дрібнодисперсного пилу аспіраційних потоків. Показано, що підвищити ефективність очищення від дрібнодисперсного пилу можна за рахунок зарядки аерозолів, яка здійснюється системою коронуючих електродів типу «вістря» та розташованої поперек потоку запиленого повітря сіткою в якому ударна зарядка великих часток пилу і їх можливе осадження в зарядній камері здійснюється тільки в розрядному проміжку під час дії імпульсів напруги. Показано, що при значній скважності імпульсного високовольтного напруги, величина заряду великих часток пилу і час дії зовнішнього електричного поля під впливом якого здійснюється спрямований рух частинок пилу до заземленого електроду і стінок зарядної камери значно менше ніж у полі уніполярного постійного коронного розряду. Під час паузи між імпульсами напруги через відсутність зовнішніх електростатичних сил спрямований рух частинок пилу до заземленого електроду практично не відбувається, а спостерігається інтенсивний винесення іонів з розрядного проміжку. При подальшому русі іонізованого пилогазового потоку за межами розрядного проміжку в зарядній камері відбувається в основному лише інтенсивна зарядка дрібнодисперсних часток пилу аерозолю за рахунок дифузії іонів до їх поверхні. При цьому, зважаючи на відсутність зовнішніх електростатичних сил, спрямований рух частинок пилу до стінок трубопроводу і їх осадження на них практично не відбувається, що, в сукупності, на кілька порядків знижує інтенсивність їх осадження та накопичення. Problems concerning intensification of fine dust elimination processes of aspiration flows have been considered in this paper. It has been shown that improved efficiency of fine dust elimination processes may depend upon aerosol charge being performed with the help of a system of corona electrode of “point” type and net-located across dusted air flow where impact charge of coarse dust particles as well as their possible deposition within charge chamber can be available only within a discharge gap in the process of potential impulses effect. It has been demonstrated that in terms of significant duty ratio of impulse high voltage, charge value of coarse dust particles as well as response time of external electric field effecting ordered dust particle motion to the earthed electrode and charging chamber walls is much less than within a field of unipolar constant corona discharge. Due to nonavailability of external electrostatic forces ordered motion of dust particles to the earthed electrode is neglectable during gap between voltage impulses. However, intensive loss of ions from discharge gap is observed. Further motion of ionized dust and gas flow beyond discharge gap within a charging chamber mostly results in intensive charge of fine particles of aerosol dust at the expense of diffusion of ions to their surface. As external electrostatic forces are not available ordered motion of dust particles towards pipeline walls and their deposition are neglectable resulting in several-order decrease of the intensity of their deposition and accumulation. 2015 Article Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков / В. И. Голинько, Д. С. Пустовoй // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 253-263. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134262 621.319.7.001 ru Геотехнічна механіка application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В работе рассмотрены вопросы интенсификации процессов очистки от мелкодисперсной пыли аспирационных потоков. Показано, что повысить эффективность очистки от мелкодисперсной пыли можно за счет зарядки аэрозолей, которая осуществляется системой коронирующих электродов типа «острие» и расположенной поперек потока запыленного воздуха сеткой в котором ударная зарядка крупных частиц пыли и их возможное осаждение в зарядной камере осуществляется только в разрядном промежутке во время действия импульсов напряжения. Показано, что при значительной скважности импульсного высоковольтного напряжения, величина заряда крупных частиц пыли и время действия внешнего электрического поля под воздействием которого осуществляется направленное движение частиц пыли к заземленному электроду и стенкам зарядной камеры значительно меньше чем в поле униполярного посто янного коронного разряда. Во время паузы между импульсами напряжения из-за отсутствия внешних электростатических сил направленное движение частиц пыли к заземленному электроду практически не происходит, а наблюдается интенсивный унос ионов с разрядного промежутка. При дальнейшем движении ионизированного пылегазового потока за пределами разрядного промежутка в зарядной камере происходит в основном лишь интенсивная зарядка мелкодисперсных частиц пыли аэрозоля за счет диффузии ионов к их поверхности. При этом, ввиду отсутствия внешних электростатических сил, направленное движение частиц пыли к стенкам трубопровода и их осаждение на них практически не происходит, что, в совокупности, на несколько порядков снижает интенсивность их осаждения и накопления.
format Article
author Голинько, В.И.
Пустовoй, Д.С.
spellingShingle Голинько, В.И.
Пустовoй, Д.С.
Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
Геотехнічна механіка
author_facet Голинько, В.И.
Пустовoй, Д.С.
author_sort Голинько, В.И.
title Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
title_short Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
title_full Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
title_fullStr Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
title_full_unstemmed Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
title_sort использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2015
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134262
citation_txt Использование зарядки аэрозолей в поле коронного разряда для интенсификации процессов очистки от пыли аспирационных потоков / В. И. Голинько, Д. С. Пустовoй // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 253-263. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv AT golinʹkovi ispolʹzovaniezarâdkiaérozoleivpolekoronnogorazrâdadlâintensifikaciiprocessovočistkiotpyliaspiracionnyhpotokov
AT pustovoids ispolʹzovaniezarâdkiaérozoleivpolekoronnogorazrâdadlâintensifikaciiprocessovočistkiotpyliaspiracionnyhpotokov
AT golinʹkovi vikoristannâzarâdkiaerozolívupolíkoronnogorozrâdudlâíntensifíkacííprocesívočiŝennâvídpiluaspíracíinihpotokív
AT pustovoids vikoristannâzarâdkiaerozolívupolíkoronnogorozrâdudlâíntensifíkacííprocesívočiŝennâvídpiluaspíracíinihpotokív
AT golinʹkovi useofaerosolchargewithincoronafieldeffecttointensifydedustingprocessesofaspirationflows
AT pustovoids useofaerosolchargewithincoronafieldeffecttointensifydedustingprocessesofaspirationflows
first_indexed 2025-11-30T16:07:26Z
last_indexed 2025-11-30T16:07:26Z
_version_ 1850232114742558720
fulltext ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 253 УДК 621.319.7.001 Голинько В.И., д-р техн. наук, профессор, Пустовoй Д.С., аспирант (Государственный ВУЗ ―НГУ‖) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЕЙ В ПОЛЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ОТ ПЫЛИ АСПИРАЦИОННЫХ ПОТОКОВ Голінько В. І., д-р техн. наук, професор, Пустовoй Д.С., аспiрант (Державний ВНЗ "НГУ") ВИКОРИСТАННЯ ЗАРЯДКИ АЕРОЗОЛІВ У ПОЛІ КОРОННОГО РОЗРЯДУ ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ ВІД ПИЛУ АСПІРАЦІЙНИХ ПОТОКІВ Golіnko V. І., D.Sc. (Tech), Professor, Pustovoi D. S., Doctoral Student (State Institution of Higher Education ―NMU‖) USE OF AEROSOL CHARGE WITHIN CORONA FIELD EFFECT TO INTENSIFY DEDUSTING PROCESSES OF ASPIRATION FLOWS Аннотация. В работе рассмотрены вопросы интенсификации процессов очистки от мел- кодисперсной пыли аспирационных потоков. Показано, что повысить эффективность очистки от мелкодисперсной пыли можно за счет зарядки аэрозолей, которая осуществляется системой коронирующих электродов типа «острие» и расположенной поперек потока запыленного воздуха сеткой в котором ударная зарядка крупных частиц пыли и их возможное осаждение в зарядной камере осуществляется только в разрядном промежутке во время действия импульсов напряжения. Показано, что при значительной скважности импульсного высоковольтного напряжения, величина заряда крупных частиц пыли и время действия внешнего электрического поля под воздействием которого осуществляется направленное движение частиц пыли к заземленному электроду и стенкам зарядной камеры значительно меньше чем в поле униполярного посто- янного коронного разряда. Во время паузы между импульсами напряжения из-за отсутствия внешних электростатических сил направленное движение частиц пыли к заземленному элек- троду практически не происходит, а наблюдается интенсивный унос ионов с разрядного промежутка. При дальнейшем движении ионизированного пылегазового потока за предела- ми разрядного промежутка в зарядной камере происходит в основном лишь интенсивная за- рядка мелкодисперсных частиц пыли аэрозоля за счет диффузии ионов к их поверхности. При этом, ввиду отсутствия внешних электростатических сил, направленное движение ча- стиц пыли к стенкам трубопровода и их осаждение на них практически не происходит, что, в совокупности, на несколько порядков снижает интенсивность их осаждения и накопления. Ключевые слова: пыль, аспирационне потоки, коронный разряд, импульсное напряже- ние, способы зарядки аэрозоля, зарядные камеры, коагуляция. © В.И. Голинько, Д.С. Пустовой, 2015 ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 254 Повышенная опасность аэрозолей техногенного происхождения связана, прежде всего, с их мелкодисперсностью. Частицы аэрозолей размером менее 5 мкм способны проникать в лимфатические узлы, кровяную систему, задержи- ваться в легких, засорять слизистые оболочки, являясь причиной многих забо- леваний и нанося тем самым, непоправимый ущерб здоровью человека. Поэто- му, удаление мелких частиц из отходящих от промышленного оборудования га- зовых потоков, является одной из самых важных задач в области борьбы с за- грязнением воздуха. Решением проблемы удаления мелкодисперсной пыли (менее 5 мкм) из за- пыленного воздуха может быть электростатическое осаждение. Фундаментальным отличием процесса электростатического осаждения от ме- ханических методов сепарации частиц является то, что в этом случае энергия, подводимая к обрабатываемым газопылевым потокам, расходуется преимуще- ственно на оказание непосредственного воздействия на осаждаемые частицы. Этим обусловлены многие преимущества процесса электрофильтрации, основ- ными из которых являются умеренное потребление энергии, а также то, что даже мельчайшие частицы аэрозолей улавливаются эффективно, поскольку и на эти частицы действует достаточно большая электростатическая сила [1]. Энергия, потребляемая в электрофильтре, слагается из энергии, расходуе- мой генератором тока высокого напряжения, и энергии, необходимой для пре- одоления гидравлического сопротивления при прохождении газа через элек- трофильтр. Гидравлическое сопротивление электрофильтра при его правильной эксплуатации не превышает 100…150 Па, т. е. значительно ниже, чем у боль- шинства других пылеуловителей. Электрофильтры относится к наиболее эффективным пылеулавливающим аппаратам. Однако они имеют такие недостатки как их высокая чувствитель- ность к поддержанию параметров очистки, высокая металлоемкость и большие габариты, а также высокая требовательность к уровню монтажа и обслужива- ния. К недостаткам электрофильтров относится также то, что достигнув по- верхности осадительного электрода и отдав ему свой заряд, частица удержива- ется на поверхности только молекулярными силами, которым приходится пре- одолевать размывающее действие воздушного потока, стремящегося оторвать осевшую частицу от электрода. Этот фактор заметно влияет на эффективность электрических фильтров [2]. Кроме того, на эффективность электрофильтров оказывают влияние электрические пробои, возникающие вследствие накопле- ния пыли на осадительных электродах и относительно небольшого расстояния между коронирующим электродом и ближайшими к нему заземленными элек- тродами ионизационной зоны. Пробои сопровождаются кратковременным значительным увеличением то- ка. Источники питания электрических фильтров обычно снабжены защитой от перегрузок и поэтому при пробоях отключаются. Продолжительность пробоев измеряется долями секунды, однако ввиду того, что число их может доходить до десятков и сотен за 1 мин, они могут привести к существенному снижению ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 255 эффективности фильтров. Пробои отражаются также на состоянии электродов [2]. В настоящее время, несмотря на рассмотренные достоинства электрофиль- тров применяемых на предприятиях, в частности обогатительных фабриках, предпочтение традиционно отдается инерционным средствам улавливания пы- ли. Наиболее распространенные из них циклоны, эффективность которых в об- ласти улавливания мелкодисперсной фракции низкая. Существующие системы пылеулавливания переделать весьма сложно. Необходимо искать решения, что- бы существующие системы без существенного изменения их топологии и кон- струкции стали более эффективными. Для повышения эффективности улавливания высокодисперсной пыли в инерционных средствах очистки применяется вынужденная коагуляция пыли с целью ее укрупнения и ускорения оседания [1]. Одним из видов такой коагуля- ции, является коагуляция частиц под действием специально направленного по- ля. Таким действием обладает электрическое поле. Известно устройство для очистки воздуха в котором для повышения эффек- тивности улавливания мелкодисперсных аэрозолей осуществляется их предвари- тельная коагуляция с использованием электрического и ударноструйного взаи- модействия, которое состоит из двух зарядных камер (положительного и отрица- тельного ионизаторов) с разделительными воздуховодами, и ударноструйной камеры коагуляции [3]. Однако этому устройству присущ ряд недостатков, основной из которых за- ключается в накоплении пыли в зарядных камерах, что приводит к появлению обратной короны, электрическим пробоям, снижает эффективность зарядки ча- стиц пыли и обуславливает необходимость в периодической очистке зарядных камер от накопленной пыли. Кроме того, наличие ударноструйной камеры, ввиду несущественности инерционного взаимодействия мелкодисперсных ча- стиц пыли в сравнении с электростатическим, практически не влияет на эффек- тивность их коагуляции, а приводит лишь к дополнительным энергетическим затратам на перемещение запыленного воздуха. Другое устройство, реализующее коагуляцию мелкодисперсных частиц пы- ли, содержит трубопровод для подвода запыленного воздуха, разделитель пото- ка, две взаимоизолированные зарядные камеры, смеситель и трубопровод для отвода запыленного воздуха с встроенным в него соленоидом для воздействия на заряженные частицы электромагнитным полем [4]. Этому устройству также присущ недостаток, связанный с накоплением пы- ли в зарядных камерах. Кроме того, введение в устройство соленоида для со- здания магнитного поля приводит только к дополнительным энергетическим затратам и не способствует повышению эффективности коагуляции, что объяс- няется несущественной величиной сил Лоренца, действующих на заряженные частицы в магнитном поле при небольших скоростях потока, в сопоставлении с силами электростатического взаимодействия. В связи с вышеуказанным целью работы является повышение эффективно- сти коагуляции мелкодисперсных частиц пыли за счет предотвращения оса- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 256 ждения пыли в зарядных камерах при одновременном снижении затрат на коа- гуляцию и очистку зарядных камер от пыли. Процессы зарядки частиц пыли достаточно хорошо изложены в литературе для зарядных камер с протеканием коронного разряда в системе электродов ти- па «нить - цилиндр», для которых имеется более-менее строгое математическое описание напряженности поля между электродами и распределения ионов в междуэлектродном пространстве. Зарядка частиц с ρ >1 мкм осуществляется в основном за счет направленно- го движения ионов к частице. Выведенное Потенье [5] уравнение зарядки хо- рошо согласуется с экспериментом и имеет для частиц сферической формы вид: tken tken E tken tken gg m 00 02 00 00 0 41 1 214 4                     (1) где gm – величина предельного заряда, Кл; E0 – напряженность внешнего электрического поля, В/м; k – подвижность ионов, м2/В·с; е - заряд иона, Кл; no - концентрация ионов в невозмущенной среде, м-3; ρ – эквивалентный радиус частицы, мкм; t – время зарядки, с; ε – относительная диэлектрическая прони- цаемость частицы. Для зарядных камер, в которых в качестве коронирующих электродов ис- пользуется острие процесс зарядки математически достаточно строго описан для 3-х секционных и 2-х секционных [6] плоских зарядных устройствах (рис.1), в которых заряд частиц слабо зависит от положения их траектории. 1 - коронирующие электроды, 2 – сетка, 3 – зона зарядки Рисунок 1 – Трехзонное и двухзонное зарядные устройства Для уменьшения осаждения пыли на стенках камеры к сеткам зарядной сек- ции прикладывается переменное напряжение с частотой f = 100…800 Гц. Кроме того, запыленный воздух выпускается полоской по центру зарядной секции, а в остальную часть камеры поступает воздух, предварительно очищенный от пы- ли с помощью фильтров. Такая конструкция зарядных секций позволяет полу- чить практически по всему объему секций равномерную концентрацию ионов и постоянную напряженность поля, что использовалось авторами [6] для опреде- ления концентрации монодисперсных аэрозолей. Ввиду значительной сложно- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 257 сти этих камер, применение их целесообразно в устройствах для интенсифика- ции улавливания пыли нецелесообразно. В первое время в электрофильтрах широко использовали коронирующие электроды типа «нить» [2], однако в последующем при разработке как одно- зонных, так и двухзонных электрофильтров в качестве коронирующих электро- дов в основном стали использовать систему электродов типа «острие» («игла»), расположенную над поверхностью, служащей для осаждения пыли (И.А. Ки- зим, 1968). Такие электроды обеспечивают протекание значительного ионного тока при существенно меньшем напряжении, чем при применении коронирую- щих электродов типа «нить». При конструировании электрофильтров главная задача состоит в обеспече- нии высокой степени очистки воздуха от пыли, что достигается зарядкой ча- стиц при значительных ионных токах, увеличением длительности зарядки и воздействия на заряженный аэрозоль осаждающего электрического поля, ис- пользованием инерционных и др. сил для интенсификации процессов осажде- ния [1, 2]. Для случая, когда зарядка частиц пыли в поле коронного разряда ис- пользуется для коагуляции мелкодисперсной фазы аэрозоля, нет необходимо- сти в интенсификации процесса зарядки крупнодисперсной фазы аэрозоля и осаждения ее под воздействием электростатических сил. Наоборот, задача со- стоит в том, чтобы минимизировать процесс осаждения пыли в зарядных каме- рах, что исключает необходимость в их периодической очистке от накопленной пыли и возможность пробоя разрядного промежутка или появления обратной короны при накоплении пыли в зарядной камере. Поэтому, для снижения вели- чины зарядов крупнодисперсных частиц аэрозоля следует свести к минимуму длительность процесса зарядки частиц непосредственно в поле коронного раз- ряда под воздействием направленного движения ионов к частице пыли. Это можно обеспечить при применении зарядного устройства с системой корони- рующих электродов типа «острие» и расположенной поперек потока запылен- ного воздуха крупноячеистой сеткой, одиночный элемент которого приведен на рис. 2. 1 - коронирующие электроды; 2 – сетка Рисунок 2 – Зарядное устройство типа «острие-сетка» ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 258 Для такого зарядного устройства характерным является неравномерное рас- пределение концентрации ионов и напряженности поля по сечению камеры, а, следовательно, заряд частиц может зависеть от положения их траектории отно- сительно оси камеры. Ввиду сложности распределения концентрации ионов и напряженности электрического поля в камере такой формы аналитическое описание процесса зарядки весьма затруднено. С целью получения математического описания рас- смотрим процессы зарядки пыли в близкой по протекающим процессам камере типа "игла - цилиндр". При этом введем следующее ограничение: процесс зарядки протекает при высоких скоростях просасывания аэрозоля и малых токах коронного разряда так, что для крупных частиц выполняется условие gi < 0,2 gimax (2) где gi – заряд, который приобретает частица в зарядной камере, Кл; gimax – максимально-возможный заряд частицы при аналогичной напряженности поля, Кл. Введение такого режима зарядки приводит к тому, что в течении времени прохождения частицей зарядной камеры процесс зарядки частицы линейно свя- зан с концентрацией и подвижностью ионов в зарядной камере, то есть в урав- нении (1) выполняется условие: πken0t << 4πε0 (3) При этом уравнение (1) с достаточной для практических целей точностью можно представить в виде: tkenEg ii 0 2 0 1 1 21             Кроме того при выводе уравнения зарядки частиц введем следующие допу- щения: 1. Расстояние частицы от оси зарядной камеры остается постоянным в про- цессе зарядки. 2. Скорость воздуха в любой точке камеры постоянна и равна υ0. Справедливость первого условия вытекает из того, что согласно расчету скорость дрейфа частиц с ρ = 10 мкм в электрическом поле напряженностью 2…3∙105 в/м, при зарядах частиц, близких к предельным для этой напряженно- сти, составляет 0,7-1 м/с [7]. В нашем случае при зарядах частиц, составляющих (0,1…0,2)gmax, с учетом неустановившегося режима движения частиц под воз- действием электрического поля и зарядки частиц по мере движения ее в камере, следует ожидать на один - два порядка уменьшения средней скорости дрейфа частиц. Поэтому при высоких скоростях просасывания (υ0 ≥ 2 м/с) и малой ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 259 длине зарядной камеры, смещение частиц весьма незначительно. Второе усло- вие справедливо при расположении зарядной камеры в зоне неустановившегося движения воздуха. При симметричном расположении острия относительно стенок зарядной ка- меры величина тока коронного разряда через элементарную площадку 2πrdl равна (рис. 3): dI = 2πrkrnr Er e Sin φ dl где nr, kr – концентрация и подвижность ионов на участке dl; Er – напряжен- ность поля на участке; υ – угол между элементарной площадкой цилиндра и вектором тока или напряженности поля. Практически для всего сечения зарядной камеры, при малых токах коронно- го разряда, sin υ можно считать равным единице, так как наличие ионов при этом незначительно искажает электрическое поле камеры и движение ионов происходит по линиям с наибольшей напряженностью поля, угол наклона ко- торых к поверхности цилиндра близок к 90°. Уменьшение угла υ. на периферии пучка ионов сопровождается одновре- менно снижением концентрации ионов в этой зоне, поэтому, для зоны камеры в которой происходит интенсивная зарядка частиц в уравнении (3) примем рав- ным единице. Исключение составляет зона вблизи острия, где угол υ изменяется практи- чески от 0 до 90°. Однако эта зона занимает незначительную часть камеры и поэтому не вносит существенного вклада в величину суммарного заряда потока аэрозоля. Рисунок 3 – К расчету процесса зарядки частиц в системе электродов "цилиндр - острие" Заряд dgr который приобретает частица на участке dl соответственно равен 0 2 2 1 21 U dl nkEedg rrrr             . Выразив из уравнения (3) величину dl через dI c учетом sin υ = 1 получим ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 260          2 1 21 2 2 0    rU dI dgr . Полную величину заряда, которую приобретает частица в камере при про- хождении через пучок ионов, определим путем интегрирования по всей длине участка зарядки           ll rr dI rU dgg 00 2 0 2 1 21 2   . Ввиду того, что все ионы, образующиеся в зоне коронного разряда, осаждаются на поверхности цилиндрического электрода зарядной камеры и проходят через цилиндр с радиусом r, интеграл  l dI 0 равен полному току коронного разряда. Тогда 0 2 22 1 21 rU I g             (4) Как видно из полученного выражения заряд частиц пыли, при принятом ре- жиме зарядки, линейно связан с величиной тока коронного разряда и обратно пропорционален скорости газа и радиусу удаления частицы от оси камеры. При постоянной величине тока коронного разряда величина заряда частиц пыли не зависит от изменений параметров окружающей среды. Наличие в знаменателе выражения (4) величины r свидетельствует о том, что полученное выражение имеет ограниченную зону действия, а именно часть камеры, где соблюдается условие (2) и принятые ограничения. В центральной части камеры при r → 0 выполнение этих условий невозможно, ввиду высокой напряженности поля и концентрации ионов у острия коронирующего электро- да. Кроме того, за счет действия электростатических сил и турбулентных пуль- саций, происходят относительно большие (по сравнению с радиусом) смещения частиц. Эти факторы снижают величины зарядов частиц в центральной части камеры по сравнению с расчетными по формуле (4). С другой стороны измене- ние угла υ в этой части камеры от 0 до 90° значительно расширяет зону интен- сивной зарядки частиц, компенсируя этим указанное ранее снижение величины зарядов. Дать точную количественную оценку степени влияния упомянутых факторов на величины зарядов частиц и какой из них имеет решающее значе- ние невозможно. Поэтому в центральной зоне камеры заряды частиц однознач- но не могут быть определены. Однако количество частиц в данной зоне и их влияние на суммарный заряд всего потока аэрозоля весьма незначительно. Так, например, если принятые условия выполняются в зоне от R/5 до R, то для 96% частиц заряд можно рассчитать по выражению (4). Численный анализ полученного выражения показывает, что в рассмотрен- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 261 ном зарядном устройстве типа «острие-сетка» при принятом режиме зарядки величина зарядов частиц крупнодисперсной фазы аэрозолей достаточно значи- тельная, что не исключает их возможного осаждения и накопления на зазем- ленном электроде. Исключить такое осаждение возможно при использовании для зарядки аэрозолей импульсного высоковольтного напряжения с малой дли- тельностью и большой скважностью импульсов [8]. В этом случае направлен- ное движение частиц пыли к заземленному электроду будет наблюдаться толь- ко во время действия импульса ионизирующего напряжения. При отсутствии внешнего электрического поля направленное движение частиц пыли к зазем- ленному электроду будет значительно меньше, чем в поле униполярного посто- янного коронного разряда. Заряд, который приобретают в таком зарядном устройстве мелкодисперсные частицы, недостаточный для эффективного протекания процессов их коагуля- ции в аспирационных потоках. Поэтому, учитывая то, что величина заряда мел- кодисперсных частиц в значительной мере определяется диффузионным про- цессом зарядки, при конструировании зарядных устройств и выборе парамет- ров зарядных устройств и ионизирующего напряжения, для увеличения вели- чины их зарядов целесообразно обеспечить интенсивный вынос ионов за пре- делы разрядного промежутка. Это также обеспечивается при использовании для зарядки аэрозолей импульсного высоковольтного напряжения с малой дли- тельностью и большой скважностью импульсов [8], поскольку во время паузы между импульсами напряжения из-за отсутствия внешних электростатических сил происходит интенсивный унос ионов с разрядного промежутка. При даль- нейшем движении ионизированного пылегазового потока в зарядной камере происходит в основном лишь интенсивная зарядка мелкодисперсных частиц пыли аэрозоля за счет диффузии ионов к их поверхности. При этом, ввиду от- сутствия внешних электростатических сил, направленное движение частиц крупнодисперсной фазы аэрозоля к стенкам зарядной камеры и их осаждение на них практически не происходит. __________________________ СПИСОК ЛИТЕРАТУРИ 1. Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки / А.Г. Ветошкин. – Пенза.: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. – 210 с. 2. Санаев, Ю.И. Обеспыливание газов электрофильтрами / Ю.И. Санаев. – Семибратово: Кондор- Эко, 2009. – 163 с. 3. А.с. 227958, Е 21 F 5/20. Устройство для коагуляции аэрозолей / Бабенко С. А. Москвина Т. А. Гусев В. П. Витюгин В. М. – № 1100002; 21. 03. 83 (46) 30.06.84. Бюл. № 24 (72). – 2 с. 4. А.с. 787678, Е 21 F 5/20. Устройство для коагуляции пыли / Соболев В. А. Троянская Н. В., Олейник Е. И., Степовая Н. И.. – № 11787678; 23. 02. 79 (46) 15.12.80. Бюл. № 46. – 2 с. 5. Основы электрогазодинамики дисперсных систем / И.П. Верещагин, В.И. Левитов, Г.З. Мирза- бекян, М.М. Пашин. – М.: Энергия, 1974. – 480 с. 6. Малыгин, Н.А., Экспериментальное исследование малогабаритных зарядных устройств / Н.А. Малыгин, Л.М. Логвинов // Труды. ЛИАП. – 1976. – Вып. 103. – С. 76–81. 7. Капцов, Н.А. Электрические явления в газах и вакууме / Н.А. Капцов. – М.; Л.: ОГИЗ, 1974. – 498 с. 8. Голинько, В.И. Обоснование параметров процесса зарядки пыли в поле импульсного унипо- лярного коронного разряда / В.И. Голинько, Д.С. Пустовой // Металлургическая и горнорудная про- мышленность. – 2015. – № 1. – С. 151-156. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 262 REFERENCES 1. Vetoshkin, A.G.(2005), Protsessy i apparaty pyleochistki [Processes and devices of dust cleaning], State University Press, Penza, RU. 2. Sanayev, Yu.I.(2009), Obespylivaniye gazov elektrofiltrami [Dedusting emissions electric filters], Condor Eco, Semibratovo, RU. 3. Babenko, S.A., Moskvina, T.A., Gusev, V.P. and Vityugin, V.M. (1984), Ustroystvo dlya koagylyacii aerozoley [Device for aerosol coagulation], Russia, Pat. 227958, Е 21 F 5/20. 4. Sobolev, V.A., Troyan, N.V., Oleynik, E.І. and Stepanova, N.I. (1979), Ustroystvo dlya koagylyacii pyli [Device for aerosol coagulation], Russia, Pat. 787678, Е 21 F 5/20 5 Vereshchagin, I.P., Levitov, A.I., Mirzabekyan, G.Z. and Pashin, M.M. (1974), Osnovy elektrogazo- dinamiki dispersnykh sistem [Bases of electro-gas dynamics the dispersible systems], Energy, Moscow, SU. 6. Malygin, A.T. and Logvinov, L.M. (1976), ―Experimental study of small chargers‖, Trudy LIAP, vol. 103 - pp. 76-81. 7. Kaptsov, N.A. (1974), Elektricheskiye yavleniya v gazakh i vakuume [Electrical phenomena in gases and vacuum], OGIZ, Moscow, Russia. 8. Golinko, V.I. and Pustovoy, D.S. (2015), ―Rationale the parameters of the charging process of dust in the field of pulsed unipolar corona discharge‖, Metallurgical and mining industry, vol 1, - pp. 151-156. ____________________________ Об авторах Голинько Василий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры аэрологии и охраны труда, Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», Днепро- петровск, Украина, E-mail: golinko@nmu.org.ua Пустовой Дмитрий Сергеевич, аспирант кафедры аэрологии и охраны труда, Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», Днепропетровск, Украина About the authors Golіnko Vasily Іvanovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor of the Aerology and labour protection department of the State Institution of Higher Education ―National mining university‖, Dneprope- trovsk, Ukraine, E-mail: golinko@nmu.org.ua Pustovoi Dmytry Sergeyevich, Master of Science, Doctoral Student in Department of Aerology and la- bour, State Institution of Higher Education «National Mining University», Dnepropetrovsk, Ukraine ______________________________________ Анотація. У роботі розглянуті питання інтенсифікації процесів очищення від дрібнодис- персного пилу аспіраційних потоків. Показано, що підвищити ефективність очищення від дрібнодисперсного пилу можна за рахунок зарядки аерозолів, яка здійснюється системою коронуючих електродів типу «вістря» та розташованої поперек потоку запиленого повітря сіткою в якому ударна зарядка великих часток пилу і їх можливе осадження в зарядній камері здійснюється тільки в розрядному проміжку під час дії імпульсів напруги. Показано, що при значній скважності імпульсного високовольтного напруги, величина заряду великих часток пилу і час дії зовнішнього електричного поля під впливом якого здій- снюється спрямований рух частинок пилу до заземленого електроду і стінок зарядної камери значно менше ніж у полі уніполярного постійного коронного розряду. Під час паузи між ім- пульсами напруги через відсутність зовнішніх електростатичних сил спрямований рух час- тинок пилу до заземленого електроду практично не відбувається, а спостерігається інтенсив- ний винесення іонів з розрядного проміжку. При подальшому русі іонізованого пилогазового потоку за межами розрядного проміжку в зарядній камері відбувається в основному лише інтенсивна зарядка дрібнодисперсних часток пилу аерозолю за рахунок дифузії іонів до їх поверхні. При цьому, зважаючи на відсутність зовнішніх електростатичних сил, спрямова- ний рух частинок пилу до стінок трубопроводу і їх осадження на них практично не відбува- ється, що, в сукупності, на кілька порядків знижує інтенсивність їх осадження та накопичен- ня. mailto:golinko@nmu.org.ua ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 263 Ключові слова: пил, аспіраційні потоки, коронний розряд, імпульсна напруга, способи зарядки аерозолю, зарядні камери, коагуляція. Abstract. Problems concerning intensification of fine dust elimination processes of aspiration flows have been considered in this paper. It has been shown that improved efficiency of fine dust elimination processes may depend upon aerosol charge being performed with the help of a system of corona electrode of ―point‖ type and net-located across dusted air flow where impact charge of coarse dust particles as well as their pos- sible deposition within charge chamber can be available only within a discharge gap in the process of potential impulses effect. It has been demonstrated that in terms of significant duty ratio of impulse high voltage, charge value of coarse dust particles as well as response time of external electric field effecting ordered dust particle motion to the earthed electrode and charging chamber walls is much less than within a field of unipolar constant corona discharge. Due to nonavailability of external electrostatic forces ordered motion of dust particles to the earthed electrode is neglectable during gap between voltage impulses. However, intensive loss of ions from discharge gap is observed. Further motion of ion- ized dust and gas flow beyond discharge gap within a charging chamber mostly results in intensive charge of fine particles of aerosol dust at the expense of diffusion of ions to their surface. As external electrostatic forces are not available ordered motion of dust particles towards pipe- line walls and their deposition are neglectable resulting in several-order decrease of the intensity of their deposition and accumulation. Keywords: dust, aspiration flows, corona discharge, impulse voltage, techniques to charge aer- osol, charging chambers, coagulation. Статья поступила в редакцию 10.05.2015 Рекомендовано к печати д-ром техн. наук Т.В. Бунько

Ähnliche Einträge