Осаждение частиц пыли в электрическом поле
Принцип очистки воздуха (газов) от взвешенных частиц заключается в зарядке частиц с последующим их выделением из взвешивающей среды под воздействием электрического поля.
При обычных условиях большая часть молекул газа нейтральна, т.е. не несет электрического заряда того или иного знака; вследствие действия различных физических факторов в газе всегда имеется некоторое количество носителей электрических зарядов. К таким факторам относятся сильный нагрев, радиоактивное излучение, трение, бомбардировка газа быстродвижущимися электронами или ионами и др.
Если в электрическом поле между электродами создать определенное напряжение, то носители зарядов, т.е. ионы и электроны, получают значительное ускорение, и при их столкновении с молекулами происходит ионизация последних. Ионизация заключается в том, что с орбиты нейтральной молекулы выбивается один или несколько внешних электронов. В результате происходит превращение нейтральной молекулы в положительный ион и свободные электроны. Этот процесс называется ударной ионизацией.
Часть межэлектродного пространства, прилегающая к коронирующему электроду, в которой происходит ударная ионизация, называется коронирующей областью. Остальная часть межэлектродного пространства, т.е. между коронирующим и осадительным электродами, называется внешней областью.
Вокруг коронирующего электрода наблюдается голубовато–фиолетовое свечение (корона). Коронный разряд сопровождается также тихим потрескиванием. При коронном разряде происходит выделение озона и оксидов азота.
Образовавшиеся в результате ударной ионизации ионы и свободные электроны под действием поля также получают ускорение и ионизируют новые молекулы. Таким образом, процесс носит лавинообразный характер. Однако по мере удаления от коронирующего электрода напряженность электрического поля уже недостаточна для поддержания высоких скоростей, и процесс ударной ионизации постепенно затухает.
Носители электрических зарядов, перемещаясь под действием электрического поля, а также в результате броуновского движения, сталкиваются с пылевыми частицами, взвешенными в газовом потоке, проходящем через электрофильтр, и передают им электрический заряд.
Большая часть взвешенных частиц, проходящих в межэлектродном пространстве, получает заряд, противоположный знаку осадительных электродов, перемещается к этим электродам и осаждается на них. Некоторая часть пылевых частиц, находящихся в сфере действия короны, получает заряд, противоположный знаку коронирующего электрода, и осаждается на этом электроде.
Рассмотрим основные зависимости, характеризующие электрическую очистку газов (воздуха) от пылевых частиц.
Основной закон взаимодействия электрических зарядов – закон Кулона – выражается формулой:
,
где 
, 
– величины взаимодействующих точечных зарядов; 
– расстояние между ними; 
–коэффициент пропорциональности ( >0).
Под точечными зарядами понимают заряды, находящиеся на телах любой формы, причем размеры тел малы по сравнению с расстоянием, на котором сказывается их действие.
Коэффициент пропорциональности зависит от свойств среды. Этот коэффициент может быть представлен в виде отношения двух коэффициентов:
,
где 
– коэффициент; 
– безразмерная величина, называемая относительной диэлектрической проницаемостью среды (для вакуума = 1).
Закон Кулона может быть выражен:
Коэффициент в системе СИ принимают 
; здесь 
– электрическая постоянная.
Подставим эту величину в формулу :
,
где 
.
Для характеристики электрического поля применяют физическую величину – напряженность поля 
. Напряженностью в какой–либо точке электрического поля называют силу, с которой это поле действует на одиночный положительный заряд, помещенный в эту точку.
Коронный разряд возникает при определенной напряженности поля. Эта величина называется критической напряженностьюи для отрицательной полярности электрода может быть определена по эмпирической формуле Пика:
,
где 
– отношение плотности газа в рабочих условиях к плотности газа в стандартных условиях ( 
), определяемое по формуле:
,
здесь 
– барометрическое давление, Па; 
– величина разрежения или абсолютного давления газов, Па; 
– температура газов, 
; – радиус коронирующего электрода. Формула Пика предназначена для воздуха, но с некоторым приближением может применяться и для дымовых газов.
Предельный заряд частиц диаметром более 1 мкм определяют пай формуле:
,
где 
– число элементарных зарядов; 
– величина элементарного заряда, равная 
Кл; – радиус частицы, м; – напряженность электрического поля, В/м.
Формула непосредственно применима, если диэлектрическая проницаемость вещества пыли равна 2,5. Для многих веществ значение значительно отличается: для газов = 1; гипса = 4; окислов металлов = 12...18; металлов 
.
Если 
, то значение 
, полученное по формуле , умножают на поправку, представляющую собой отношение:
,
где 
– значение 
при 
; 
. При 
, 
; при 
, 
.
В электрофильтре зарядка частиц происходит очень быстро: за время менее секунды заряд частиц приближается к своему предельному значению (таблица 10).
Таблица 10
Зависимость заряда от времени зарядки частиц
| Время зарядки, с | 
| 
| 
| 1,0 |
| Заряд, в % от предельного | 13,8 | 61,0 | 94,0 | 99,5 |
Скорость движения заряженных частиц пыли диаметром более 1 мкм в электрическом поле, м/с, можно определить по формуле:
,
где – напряженность электрического поля, В/м; – радиус частицы, м; 
– динамическая вязкость газа (воздуха), 
.
Скорость движения заряженных частиц пыли диаметром менее 1 мкм в электростатическом поле, м/с, может быть определена по формуле:
.
Степень эффективности очистки в электрофильтре может быть определена по формуле, полученной теоретическим путем:
.
где 
– скорость движения (дрейфа) заряженных частиц к осадительному электроду, м/с; 
– удельная поверхность осаждения, т.е. поверхность осадительных электродов, приходящаяся на 1 
очищаемого газа (воздуха), 
.
Степень эффективности очистки, определенная теоретически, несколько отличается от действительной эффективности, так как исходит из идеализированных условий и не учитывает всех факторов, влияющих на эффективность. Обычно пользуются практическими данными об эффективности.