Возможность дышать чистым воздухом - это наша физиологическая потребность, залог здоровья и долголетия. Однако, мощные современные производственные предприятия загрязняют окружающую нас среду и атмосферу промышленными выбросами, опасными для человека.

Обеспечение чистоты воздушной среды при выполнении технологических процессов на предприятиях и удаление вредных примесей из нее в быту - вот те задачи, которые выполняют электростатические фильтры.

Первая такая конструкция зарегистрирована патентом США №895729 в 1907 году. Ее автор - Фредерик Коттрелл занимался исследованиями методов отделения взвешенных частиц из газообразных сред.

Для этого он использовал действие основных законов электростатического поля, пропуская газообразные смеси с твердыми мелкодисперсными примесями через электроды с положительным и отрицательным потенциалами. Противоположно заряженные ионы с частицами пыли притягивались к электродам, оседая на них, а одноименные - отталкивались.

Эта разработка послужила прототипом для создания современных электростатических фильтров .

На пластинчатые листовые электроды (принято называть термином «осадительные»), собранные в отдельные секции, и размещенные между ними металлические нити-сетки прикладываются потенциалы противоположных знаков от источника постоянного тока.

Величина напряжения между сеткой и пластинами в бытовых приборах составляет несколько киловольт. У фильтров, работающих на промышленных объектах, оно может быть увеличено на порядок.

Через эти электроды вентиляторами по специальным воздуховодам пропускается поток воздуха или газов, содержащий механические примеси и бактерии.

Под действием высокого напряжения формируется сильное электрическое поле и поверхностный коронный разряд, стекающий с нитей (коронирующих электродов). Он приводит к ионизации прилегающего к электродам воздуха с выделением анионов (+) и катионов (-), создается ионный ток.

Ионы с отрицательным зарядом под действием электростатического поля движутся к осадительным электродам, попутно заряжая встречные примеси. На эти заряды действуют электростатические силы, создающие скопление пыли на осадительных электродах. Таким способом происходит очищение прогоняемого сквозь фильтр воздуха.

При работе фильтра слой пыли на его электродах постоянно увеличивается. Его периодически необходимо удалять. У бытовых конструкций эта операция выполняется вручную. На мощных производственных установках осадительные и коронирующие электроды механически встряхивают для направления загрязнений в специальный бункер, откуда их забирают на утилизацию.

Особенности конструкций промышленного электростатического фильтра

Детали его корпуса могут быть выполнены бетонными блоками или металлическими конструкциями.

На входе загрязненного и выходе очищенного воздуха устанавливаются газораспределительные экраны, которые оптимально направляют воздушные массы между электродами.

Сбор пыли происходит в бункерах, которые обычно создают с плоским днищем и оборудуют скребковым конвейером. Пылесборники изготавливают в форме:

лотков;

перевернутой пирамиды;

усеченного конуса.

Механизмы встряхивания электродов работают по принципу падающего молотка. Они могут располагаться снизу или сверху пластин. Работа этих устройств значительно ускоряет очистку электродов. Лучших результатов достигают конструкции, в которых каждый молоток воздействует на свой электрод.

Для создания высоковольтного коронирующего разряда применяются стандартные трансформаторы с выпрямителями, работающие от сети промышленной частоты или специальные высокочастотные устройства в несколько десятков килогерц. Их работой занимаются микропроцессорные системы управления.

Среди различных типов коронирующих электродов лучше всего работают спирали из нержавеющих сталей, создающие оптимальное натяжение нитей. Они меньше загрязняются, чем все остальные модели.

Конструкции осадительных электродов в виде пластин специального профиля объединяют в секции, создают для равномерного распределения поверхностных зарядов.

Промышленные фильтры для улавливания высокотоксичных аэрозолей

Пример одной из схем работы подобных устройств показан на картинке.

У этих конструкций используется двухкаскадная зона очистки воздуха, загрязненного твердыми примесями или парами аэрозолей. Самые крупные частицы оседают на предварительном фильтре.

В результате происходит коронирующий разряд и зарядка частиц примесей. Продуваемая воздушная смесь проходит через осадитель, в котором вредные вещества концентрируются на заземленных пластинах.

Расположенный после осадителя постфильтр улавливает остатки неосевших частиц. Химкассета дополнительно очищает воздух от оставшихся примесей углекислых и прочих газов.

Осажденные на пластинах аэрозоли просто стекают вниз поддона под действием сил гравитации.

Области применения промышленных электростатических фильтров

Очистка загрязненных воздушных сред используется на:

электростанциях с котлами, сжигающими уголь;

объектах мазутосжигающих производств;

мусоросжигающих заводах;

промышленных котлах химического восстановления;

производственных печах отжига известняка;

технологических котлах сжигания биомассы;

предприятиях черной металлургии;

производстве цветных металлов;

объектах цементной промышленности;

предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции и других отраслях.

Возможности очистки загрязненных сред

Диапазоны работы мощных промышленных электростатических фильтров с различными вредными веществами показаны на диаграмме.

Особенности конструкций фильтров в бытовых устройствах

Очистка воздуха в жилых помещениях осуществляется:

кондиционерами;

ионизаторами.

Принцип работы кондиционера демонстрирует картинка.

Загрязненный воздух прогоняется вентиляторами через электроды с приложенным к ним напряжением порядка 5 киловольт. Находящиеся в воздушном потоке микробы, клещи, вирусы, бактерии погибают, а частицы примесей, заряжаясь, пролетают на электроды улавливания пыли и оседают на них.

При этом происходит ионизация воздуха и выделение озона. Поскольку он относится к разряду сильнейших природных окислителей, то все живые организмы внутри кондиционера уничтожаются.

Превышение нормативной концентрации озона в воздухе недопустимо по санитарно-гигиеническим нормам. За этим показателем тщательно следят надзорные органы производителей кондиционеров.

Особенности бытового ионизатора

Прототипом современных ионизаторов послужила разработка советского ученого Чижевского Александра Леонидовича, которую он создал для восстановления здоровья людей, изнуренных в заключении тяжелейшими каторжными работами и плохими условиями содержания.

За счет приложения высоковольтного напряжения к электродам источника, подвешенного к потолку вместо люстры освещения, в воздухе происходит ионизация с выделением полезных для здоровья катионов. Их называли «аэроионами» или «витаминами из воздуха».

Катионы придавали жизненную энергию ослабшему организму, а выделяющийся озон убивал болезнетворных микробов и бактерии.

Современные ионизаторы лишены многих недостатков, которые были в первых конструкциях. В частности, сейчас строго лимитируется концентрация озона, применяются меры к снижению действия высоковольтного электромагнитного поля, используются биполярные устройства ионизации.

Однако, стоит заметить, что многие люди до сих пор путают назначение ионизаторов и озонаторов (производство озона в максимальном количестве), применяя последние не по назначению, чем сильно вредят своему здоровью.

Ионизаторы по принципу своей работы не выполняют все функции кондиционеров и не очищают воздух от пыли.

Выходные данные сборника:

Электрофильтры: принцип работы и основные достоинства

Николаев Михаил Юрьевич

канд. техн. наук, доцент Омского государственного технического университета, РФ, г. Омск

E - mail : munp @ yandex . ru

Есимов Асет Мухаммедович

технического университета, РФ, г. Омск

E - mail : esimov 007@ mail . ru

Леонов Виталий Владимирович

студент 3 курса, энергетического факультета, Омского государственного

технического университета , РФ , г . Омск

ELECTROSTATIC PRECIPITATORS: WORKING PRINCIPLE AND MAIN DIGNITIES

Nikolayev Michael

candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Omsk State Technical University, Russia, Omsk

Esimov Aset

Leonov Vitaliy

student, the Institute of Energetic of Omsk State Technical University, Russia, Omsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен подробный принцип работы электрофильтров. Также рассмотрены различные типы электрофильтров, осадительных и коронирующих электродов. Приведены случаи, при которых происходит процесс ионизации газов между электродами. Описаны достоинства современных электрофильтров.

ABSTRACT

This article describes the detailed working principle of electrostatic precipitators. It also considered various types of electrostatic precipitators, the collecting and corona electrodes. Situations in which the process gases between the ionization electrodes. Described the dignities of modern electrostatic precipitators.

Ключевые слова : электрофильтр; электрод; ионизация; коронный разряд.

Keywords: electrostatic precipitator; electrode; ionization; corona discharge.

Электрофильтр - это устройство, в котором очистка газов от аэрозольных, твердых или жидких частиц происходит под действием электрических сил. В результате действия электрического поля заряженные частицы выводятся из очищаемого газового потока и осаждаются на электродах. Зарядка частиц происходит в поле коронного разряда. Электрофильтр представляет собой корпус прямолинейной или цилиндрической формы, внутри которого смонтированы осадительные и коронирующие электроды различной конструкции (в зависимости от назначения и области применения электрофильтра, а также от специфики улавливаемых частиц). Коронирующие электроды подключены к высоковольтному источнику питания выпрямленным током напряжением 50-60 кВ. Электрофильтры, в которых улавливаемые твердые частицы удаляются с электродов встряхиванием, называются сухими, а те, в которых осаженные частицы смываются с электродов жидкостью или улавливаются жидкие частицы (туман, брызги), - мокрыми.

По числу электрических полей, через которые очищенный газ последовательно проходит, электрофильтры подразделяют на однопольные и многопольные. Иногда электрофильтры разбивают на параллельные по ходу газа камеры - секции. По этому признаку они могут быть одно- и многосекционными. Очищаемый в электрофильтре газ проходит активную зону в вертикальном или горизонтальном направлениях, поэтому электрофильтры бывают вертикальными или горизонтальными. По типу осадительных электродов электрофильтры делят на пластинчатые и трубчатые. Основные конструкторские типы электрофильтров - горизонтальный пластинчатый и вертикальный трубчатый.

Рисунок 1. Горизонтальный пластинчатый электрофильтр

Рисунок 2. Трубчатый электрофильтр

Чтобы понять принцип работы электрофильтра, следует сначала рассмотреть электрическую цепь. Она состоит из таких элементов, как источник тока и двух, параллельно расположенных друг к другу металлических пластин, которые разделены между собой воздухом. Это устройство представляет собой не что иное, как воздушный конденсатор, однако электрический ток в такой цепи течь не будет, потому что слой воздуха между пластинами, как, впрочем, и другие газы, не способен проводить электричество.

Однако стоит только приложить к металлическим пластинам необходимую разность потенциалов, как гальванометр, подключенный к этой цепи, зафиксирует прохождение электрического тока из-за ионизации слоя воздуха между этими пластинами.

Что касается ионизации газа между двумя электродами, то она может возникать в двух случаях:

1. Несамостоятельно, то есть с применением каких-либо «ионизаторов», к примеру, рентгеновских или других лучей. После того, как воздействие этого «ионизатора» будет закончено, начнет постепенно наступать рекомбинация, то есть будет происходить обратный процесс: ионы различных знаков вновь станут соединяться между собой, образовывая тем самым электронейтральные молекулы газа.

2. Самостоятельно, осуществляется за счет повышения в электросети напряжения до величины, которая превышает величину диэлектрической постоянной используемого газа.

При электрической очистке газов применяется только вторая ионизация, то есть самостоятельная.

Если начать увеличивать разность потенциалов между металлическими пластинами, то в какой-то момент она обязательно достигнет критической точки (пробивное напряжения для слоя воздуха), воздух будет «пробит» и в цепи резко возрастет сила тока, а между металлическими пластинами появится искра, которую назвали – самостоятельный газовый разряд.

Молекулы воздуха под напряжением начинают расщепляться на положительно и отрицательно заряженные ионы, и электроны. Под воздействием электрического поля ионы двигаются к электродам, которые заряжены противоположно. С увеличением напряжения электрического поля скорость, а, соответственно, и кинетическая энергия ионов и электронов начинает постепенно возрастать. Когда их скорость доходит до критической величины и несколько превышает ее, они расщепляют все нейтральные молекулы, встречающиеся на пути. Так происходит ионизация всего газа, находящегося между двумя электродами.

Когда между параллельно расположенными пластинами одновременно образуется довольно значительное число ионов, сила электрического тока начинает сильно возрастать и появляется искровой разряд.

В силу того, что молекулы воздуха получают от ионов, движущихся в определенном направлении, импульсы, вместе с так называемой «ударной» ионизацией возникает еще и достаточно интенсивное движение воздушной массы.

Самостоятельную ионизацию в методике электроочистки газов осуществляют путем приложения на электроды высоких напряжений. При ионизации данным способом нужно, чтобы слой газа пробивало лишь на некотором отрезке расстояния между двумя электродами. Необходимо чтобы часть газа оставалась непробитой и служила в своем роде изоляцией, которая бы предохраняла от короткого замыкания параллельные электроды от возникновения искры или дуги (чтобы не произошло пробоя диэлектрика).

Создают такую «изоляцию» путем подбора формы электродов, а также расстояния между ними в соответствии с напряжением. Стоит отметить, что электроды, которые представлены в виде двух параллельных плоскостей, в этом случае не подойдут, так как между ними в любой точке поля всегда будет одинаковое напряжение, то есть поле будет неизменно однородным. Когда разность потенциалов между одним плоским электродом и другим достигнет величины пробивного напряжения, весь воздух будет пробит и появится искровой разряд, однако ионизации воздуха не случится в силу того, что все поле однородно.

Неоднородное поле может возникнуть только между электродами, которые имеют вид концентрических цилиндров (трубы и провода), либо же плоскости и цилиндра (пластина и провода). Непосредственно вблизи провода напряжение поля настолько большое, что ионы и электроны становятся способны к ионизации нейтральных молекул, однако по мере удаления от провода напряжение поля и скорость движения ионов настолько уменьшаются, что ударная ионизация попросту становится нереальной.

Соотношение между величиной радиуса трубы (R) и провода (r) должно быть обязательно определенным во избежание появления искры между двумя цилиндрическими электродами. Расчеты показали, что ионизация газа без короткого замыкания возможна при R/r больше или равным 2,72.

Появление вокруг проволоки слабого свечения или так называемой «короны» является основным видимым признаком того, что наступил ионный разряд. Такое явление называется коронным разрядом. Слабое свечение постоянно сопровождает характерный звук - это может быть потрескивание, либо же шипение.

Провод (электрод), вокруг которого возникает свечение, называют коронирующим электродом. «Корона» в зависимости от того каким полюсом соединен провод, бывает либо положительной, либо отрицательной. При электрической очистке газов используют только второй вариант, то есть отрицательную «корону». Хотя она, в отличие от положительной, менее равномерна, все же такая «корона» способна допускать более высокую критическую разность потенциалов.

К осадительным электродам предъявляются следующие требования: быть прочными, жесткими, иметь гладкую поверхность, чтобы можно было без проблем удалять уловленную пыль, а также достаточно высокие аэродинамические характеристики.

Осадительные электроды по форме и конструкции условно делятся на три больших группы: 1) пластинчатые; 2) коробчатые; 3) желобчатые.

К коронирующим электродам предъявляются следующие требования: должны иметь точную форму, чтобы обеспечить интенсивный и достаточно однородный коронный разряд; обладать механической прочностью и жесткостью, чтобы обеспечить надежную, бесперебойную и долговечную работу в условиях встряхивания и вибрации; быть простыми в изготовлении и иметь низкую стоимость, так как коронирующие электроды могут достигать в длину (общую) 10 километров; быть стойкими к агрессивным средам.

Различают две большие группы коронирующих электродов: электроды без фиксированных разрядных точек и электроды с фиксированными разрядными точками по всей длине электрода. У вторых источники разряда - это острые выступы или шипы, при этом есть возможность управлять работой электрода. Для этого нужно менять расстояние между шипами.

Систему осадительных и коронирующих электродов размещают, как правило, внутри металлического сварного корпуса, в редких случаях в корпусе из железобетона, который изготовлен в форме П-образных рам. Оборудование внутрь корпуса загружают либо сверху, либо сбоку. Корпус снаружи должен обязательно иметь теплоизоляцию во избежание температурных деформаций и появления конденсации влаги.

Узел подвода и равномерного распределения запыленного воздуха, как правило, состоит из системы газораспределительных решеток, которые установлены перед главной камерой, где располагается система осадительных и коронирующих электродов, и представляет собой перфорированные листы, установленные в два яруса, их живое сечение составляет от 35 до 50 процентов.

Чтобы удалить уловленную пыль из электрофильтров, применяют специальные системы встряхивания электродов. В сухих электрофильтрах обычно используют несколько таких систем - это пружинно-кулачковая, ударно-молотковая, вибрационная, либо же магнитно-импульсная система. Кроме этого, уловленные частицы могут просто смывать с электродов водой.

Преимущества электрофильтров: возможность самой высокой степени очистки газов (до 99,9 %), низкие затраты энергии (до 0,8 кВт на 1000 м 3 газа), очистка газа может проводится даже при высоких температурах, процесс очистки может быть полностью автоматизирован.

Список литературы:

1.ГОСТ Р 51707-2001. Электрофильтры. Требования безопасности и методы испытаний. Введ. 29.01.2001. М: Изд-во стандартов, 2001.

2.Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.

3.Санаев Ю.И. Электрофильтры: монтаж, наладка, испытание, эксплуатация./Обзорная информация. Серия ХМ-14. М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1984.

Способ электрической очистки газов от взвешенных частиц основан на явлении ионизации газовых молекул электрическим зарядом в электрическом поле. Газы как диэлектрики не проводят электрический ток. Однако при определенных условиях электропроводность газов наблюдается. Это связано с тем, что атомы или молекулы газа становятся электрически заряженными. Незначительное количество заряженных частиц всегда имеется в газе. Их появление связано с воздействием ультрафиолетовых и космических лучей, радиоактивных газов, высокой температуры и т. д. Если такой газ, содержащий некоторое количество носителей зарядов, поместить между электродами, соединенными с источником тока высокого напряжения, то ионы и электроны начнут двигаться в газе по силовым линиям поля. Направление движения каждого носителя заряда будет определяться величиной заряда, а скорость движения  напряженностью электрического поля. При достаточно большой напряженности поля (например около 16 кВ/см для воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре) движущийся носитель заряда приобретает столь высокую скорость, что, столкнувшись на своем пути с нейтральной газовой молекулой, способен выбить из нее один или несколько внешних электронов, превращая молекулу в положительный ион и свободный электрон. Вновь образовавшиеся ионы также приходят в движение под действием поля, производя дальнейшую ионизацию газа. Такая ионизация называется ударной ионизацией . Число о

Рис. 12.Основные системы электродов электрофильтров:

а – электрофильтр;

б – пластинчатый электрофильтр; +U, -U – приложенное к электродам напряжение; R – радиус трубчатого электрода; H – расстояние между проводом и пластинчатым электродом; d – расстояние между проводами; r – радиус провода

бразующихся при этом ионов и электронов возрастает лавинообразно, а при дальнейшем усилении поля ими заполняется все пространство между электродами, благодаря чему создаются условия для электрического разряда.

Наиболее распространенными и важными для электрической очистки газа являются искровой, дуговой и коронный разряды. Первые два вида разрядов могут возникать как в однородном, так и в неоднородном электрическом поле, являясь помехой в работе электрофильтра. Коронный разряд может возникать только в неоднородном электрическом поле и при определенных форме и расположении электродов. Коронный разряд используют для электрической очистки.

В электрофильтрах применяют два типа электродов:

а) электроды трубчатого электрофильтра (провод в цилиндрической трубе, рис. 12 а );×

б) электроды пластинчатого электрофильтра (ряд проводов между пластинами, рис. 12 б ).

Густота силовых линий поля, а следовательно, и напряже. нность поля намного больше у провода, чем у пластины или стенки трубы. Вследствие указанной неоднородности поля ударная ионизация, а затем и электрический разряд могут возникнуть у поверхности провода, когда напряженность поля в этой области достаточно высока, но не распространяется до другого электрода. По мере удаления от провода напряженность поля уменьшается и скорость движения электронов в газе становится уже недостаточной для поддержания лавинообразного процесса образованияновых ионов. Электрический разряд такого незавершенного характера носит название коронного разряда . в результате образуются новые ионы, внешним проявлением чего являются голубовато-фиолетовое свечение вокруг провода, негромкое потрескивание и запах окислов азота и озона. Коронный разряд в зависимости от знака заряда на проводе может быть положительным или отрицательным. Внешне они различаются между собой характером свечения. Установлено, что при подаче на коронирующий электрод отрицательной полярности постоянного тока удается достичь улавливания пыли до 99 %, а при положительной – только до 70 %.

При отрицательной полярности представляется возможным держать напряжение до момента наступления искрового пробоя выше, чем при положительной полярности. Это позволяет иметь большой диаметр короны и более высокую напряженность поля, а следовательно, лучшую зарядку и осаждение частиц пыли.

Электрод, вокруг которого возникает коронный разряд, называется коронирующим электродом , второй электрод – осадительным электродом .

Напряженность поля, при которой возникает корона, называется критической напряженностью . Используется источник постоянного тока высокого напряжения. Через разделяющий электроды промежуток течет электрический ток, называемый током короны . Повышение напряжения возможно до величины, при которой электрическая прочность газового промежутка между электродами будет нарушена искровым или дуговым электрическим разрядом, т. е. пока не наступит «пробой» междуэлектродного промежутка.

Установка электрофильтров состоит из двух частей: из собственно электрофильтра или осадительной камеры, через которую пропускается подлежащий очистке газ, и высоковольтной аппаратуры, предназначенной для питания электрофильтра выпрямленным током высокого напряжения.

Питающий электроагрегат состоит из регулятора напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразующего переменный ток напряжением 220–380 В в ток напряжения до 10000 кВ, и механического высоковольтного выпрямителя, преобразующего переменный ток в выпрямленный. Последний с помощью высоковольтного кабеля подается на электроды электрофильтра.

В осадительной части электрофильтра смонтированы осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды могут быть пластинчатыми (из волнистой стали с выштампованными карманами, из угольных пластин и др.) или трубчатыми (из труб круглого или шестиугольного сечения). Коронирующие электроды изготавливают из круглой профилированной проволоки.

Осадительные электроды соединены с положительным контактом механического выпрямителя и заземлены; коронирующие электроды изолированы от земли и соединены с отрицательным контактом механического выпрямителя. При пропускании через межэлектродное пространство электрофильтра очищаемого газа, содержащего твердые либо жидкие взвешенные частицы, происходит зарядка частиц ионами, которые под действием электрического поля двигаются к электродам и оседают на них. Основная масса взвешенных частиц осаждается на осадительных электродах. При этом жидкие взвешенные частицы стекают с электродов, пылевидные частицы удаляют, встряхивая или обстукивая электроды. Уловленные частицы собираются в установленном под электрофильтром бункере, откуда удаляются. В зависимости от того, какие частицы улавливаются, различают сухие и мокрые электрофильтры.

Рис. 13. Корпус (а ) и газораспределяющие устройство (б) горизонтального пластинчатого электрофильтра:

а) 1 – форкамера; 2 – камера для размещения электродов; 3 и 4 – бункера форкамеры и электрофильтра; 5 – изоляторная коробка; 6 – горловина люка обслуживания; б) 1 – фар тук форткамеры; 2 и 3 – передняя и задняя газораспределительные решетки; 4 – боковые газоотсекающие листы; 5 – защитные листы; 6 – фактура бункера; 7 – поперечные листы бункера.

Электрофильтры также различают по направлению движения газов: вертикальные и горизонтальные. Обычно электрофильтры устанавливают параллельно по несколько аппаратов. электрофильтр может состоять из нескольких параллельных секций, чтобы при эксплуатации отключать часть секций (для осмотра, ремонта, встряхивания), не останавливая всю газоочистную установку. Иногда электрофильтры имеют несколько последовательно расположенных по ходу газа ячеек, или, как их иначе называют, электрических полей. По числу электрических полей такие электрофильтры называют двухпольными, трехпольными и т. д. (рис. 13).

Кроме описанных однозонных электрофильтров применяются еще и двухзонные. Если в первых ионизация газа с помощью коронного разряда и осаждение заряженных частиц происходит в одном электрическом поле (одной зоне), то во вторых эти процессы разделены. Двухзонные электрофильтры состоят из ионизатора, представляющего собой систему электродов, расположенных ближе к входу газа, и осадителя, выполненного из электродов пластинчатого типа, на которых осаждается заряженная пыль.

В ионизаторе должно быть исключено осаждение пыли, поэтому он состоит из одного ряда электродов и запыленный газ находится в этой зоне недолго, чтобы пыль успела зарядиться, но не успела осесть.

Скорость перемещения частиц летучей золы в электрическом поле зависит от их размера и величины заряда. Для частиц радиусом меньше 1 микрона величина заряда пропорциональна размерам частицы пыли и не зависит от напряженности электрического поля. Наоборот, величина заряда, который приобретают частицы радиусом больше 1 микрона, зависит главным образом от величины напряженности поля и радиуса частицы (в квадрате).

Время пребывания газов в электрофильтре сильно влияет на качество очистки. Многолетний опыт работы показал, что скорость газов в электрофильтрах невелика (в пределах от 0,5 до 2 м/с), а время пребывания в фильтре значительно (от 2 до 9 с). Поэтому электрофильтры достаточно громоздки. Но гидравлическое сопротивление их невелико (от 50 до 200 Па). Коэффициент очистки, особенно при мелкой пыли, высок (95-99 %). Они хорошо улавливают частицы мельче 10 микрон. Расход энергии на очистку незначителен и составляет 0,10-0,15 кВт×ч на 1000 м 3 очищаемого газа. Основные недостатки электрофильтров: высокая стоимость и необходимость в высококвалифицированном обслуживающем персонале.

На качество очистки в электрофильтрах оказывают влияние температура и влажность газов. При повышении температуры газа снижается напряжение на коронирующих электродах, которое можно поддерживать без пробоя. Это снижает и степень очистки. Влияние влажности газа на напряжение в электрофильтрах обратно влиянию температуры: повышение влажности способствует повышению пробойного напряжения и, кроме того, благоприятно сказывается на поведение слоя пыли на осадительных электродах. Окислы серы (SO 2) адсорбируются в слое пыли на осадительных электродах и изменяют поведение слоя отложений. При высокой концентрации пыли в газах и c увеличением размера частиц увеличивается опасность «запирания короны». Концентрация пыли, при которой наблюдается явление запирания короны, колеблется в зависимости от дисперсного состава пыли от нескольких граммов на 1 Н×м 3 до нескольких десятков граммов на 1 Н×м 3 .

На работу сухих электрофильтров значительное влияние оказывает величина удельного электрического сопротивления улавливаемой пыли. Пыль, содержащуюся в газах, по удельному объемному электрическому сопротивлению можно разделить на три группы:

1) пыль с сопротивлением до 10 Ом/см;

2) пыль с сопротивлением от 10 до 2×10 Ом/см;

3) пыль с сопротивлением более 2×10 Ом/см. В данном случае имеется в виду сопротивление слоя пыли, образующейся на осадительных электродах. Вследствие адсорбции частицами пыли газов и паров, заполняющих пустоты, имеющиеся в пылевом слое, меняется удельное электрическое сопротивление материала, из которого образовалась пыль.

Пылинки первой группы при соприкосновении с осадительными электродами почти мгновенно теряют свой отрицательный заряд и приобретают заряд электродов. Получив одноименный заряд, пылинки отскакивают от электродов и попадают снова в газовый поток. Для надежного улавливания пыли первой группы в конструкции осадительных электродов необходимо предусматривать минимальную скорость газов у их поверхности. Это достигается, например, применением волнистых электродов в горизонтальных электрофильтрах.

Пыль второй группы (ее большинство) улавливается в электрофильтрах без затруднений.

При третьей группе пыли ее слой на осадительных электродах действует как изоляция. Поступающие с оседающей пылью электрические заряды не отводятся на осадительный электрод, а создают в слое пыли напряжение. При повышении напряжения до величины, когда напряженность электрического поля (градиент) становится чрезмерной, в порах слоя, заполненных газом, происходит электрический «пробой». Это явление, получившее название «обратной короны», сопровождается выделением положительных ионов, которые движутся по направлению к коронирующим электродам и частично нейтрализуют отрицательный заряд пылинок. Одновременно положительные ионы, выделяемые осадительными электродами, преобразуют электрическое поле между электродами электрофильтра в поле, аналогичное образующемуся между двумя остриями, которое легко пробивается при невысоком напряжении.

В указанных условиях в электрофильтре невозможно поддерживать напряжение, при котором достигается эффективная очистка газа. Для снижения электрического сопротивления улавливаемой пыли и повышения эффективности электрофильтров рекомендуется:

а) понижение температуры очищаемого газа;

б) увлажнение очищаемого газа перед электрофильтрами (водяной пар сорбируется пылинками и слой пыли становится электропроводным даже при температуре, значительно превышающей точку росы);

в) введение в очищаемый газ тумана серной кислоты, щелочных аминовых соединений и других веществ, понижающих электрическое сопротивление слоя пыли.

Процесс улавливания золы, поступающей с дымовыми газами в электрофильтр, можно условно разделить на четыре этапа:

1) зарядка частиц золы ионами, образующимися в зоне ионного разряда;

2) перемещение заряженных частиц золы в межэлектродном пространстве в сторону осадительного электрода под действием электрических и аэродинамических сил;

3) осаждение и удержание частиц золы на поверхности осадительных электродов;

4) периодическое удаление осевшей на электродах золы в бункер. Для увеличения эффективности очистки газов в электрофильтрах необходимо, чтобы первые два этапа протекали с возможно большей полнотой. Если зарядка частиц в электрофильтре с устойчивым коронным зарядом осуществляется достаточно быстро, то их перемещение к осадительному электроду происходит с относительно небольшой скоростью, зависящей от величины заряда частиц, их размеров, напряженности поля, аэродинамических характеристик потока и т. д. Очевидно, что выделение частиц золы из газов будет тем полнее, чем больше скорость осаждения (скорость дрейфа) частиц и время пребывания очищаемых газов в активной зоне электрофильтра. Так как возможности увеличения скорости дрейфа частиц регламентируются физическими характеристиками процесса, время их пребывания в электрофильтре определяется скоростью газов и длиной активной зоны электрофильтра, что приводит к увеличению объема и стоимости аппарата.

Исследования показали, что при времени пребывания очищаемых газов в электрофильтре менее 8 с нельзя ожидать получения высокой (99 %) степени очистки газов даже при наиболее благоприятных условиях его работы. На основании проведенных ВТИ и НИИОГАЗ промышленных испытаний многопольных электрофильтров установлено, что для обеспечения высокой степени очистки скорость дымовых газов не должна превышать 1,5 м/с. Этот вывод совпадает с данными зарубежных фирм, которые в настоящее время гарантируют высокую степень очистки лишь при времени пребывания не менее 8,5 с и скорости 1,5 м/с. На эти величины и следует ориентироваться при проектировании аппаратов (электрофильтров).

Для котельных агрегатов большой мощности выбор размеров и количества электрофильтров осложняется проблемами размещения этих аппаратов в ячейке блока и компоновки их с котлов и дымососами. На большинстве отечественных электростанций применяется компоновка электрофильтров в один ряд по ширине ячейки блока, когда продольные оси электрофильтров располагаются параллельно продольной оси блока. Такая компоновка позволяет более просто обеспечить равномерное распределение газов между отдельными аппаратами. Но при этом на блоках мощностью 300 МВт и более электрофильтры старых конструкций с высотой электродов 7,5 м не могут удовлетворить предъявляемым требованиям.

Для проектируемых блоков мощностью 300 и 500 МВт с электрофильтрами новой конструкции и электродами 12 м скорость и время пребывания газов соответствует указанным выше требованиям.

Нельзя проектировать электрофильтры на минимальные избытки воздуха и минимальную температуру уходящих газов. Обычно наблюдаемое отклонение этих параметров от проектных является причиной увеличения скорости газов в электрофильтрах на 20–25 % и связанного с этим некоторого ухудшения очистки газов. Таким образом, для обеспечения требуемой очистки дымовых газов мощных электростанций необходимо считать электрофильтры на увеличенное в 1,2 раза количество очищаемых газов (кроме котлов, работающих под надувом).

В последние годы на электростанции поставляются электрофильтры с игольчатыми коронирующими электродами. Характерными особенностями разряда с электродов по сравнению с разрядом, возникающим на электродах штыкового профиля, являются стабильность положения точек коронирования и более высокое значение токовых нагрузок, что особенно важно для аппаратов, устанавливаемых за котлами, оборудованными топками с жидким шлакоудалением, а также при высоком удельном сопротивлении слоя золы или большой запыленности дымовых газов.

При сопоставлении электродов двух указанных типов обращает на себя внимание значительное отличие интенсивности разряда в точках коронирования. Увеличение напряженности поля и силы тока короткого разряда при применении игольчатых электродов объясняется увеличением кривизны поверхности за счет кривизны в двух сечениях. В связи с этим улучшаются условия зарядки частиц золы, что обеспечивает увеличение скорости дрейфа в направлении осадительных электродов. Интенсификация коронного разряда в электрофильтрах при использовании игольчатых коронирующих электродов сопровождается также некоторыми побочными явлениями. В зоне короны находятся электроны с энергией, превышающей энергию активации. Это вызывает процесс химического взаимодействия: сернистый ангидрид окисляется до серного (SO 2 –SO 3), появляются окислы азота. Так, опыты в высокочастотном коронном разряде повысили содержание серного ангидрида до 20-50 % и окисление азота на 0,2–0,3 %.

Горизонтальные многопольные электрофильтры являются аппаратами непрерывного действия. Удаление золы с электродов осуществляется путем их встряхивания без отключения электрофильтра от источника тока и потока дымовых газов. При этом неизбежно попадание части золы в поток газов. Этот процесс получил название вторичного уноса и является основной причиной пониженной эффективности сухих электрофильтров по сравнению с мокрыми, у которых осаждение частиц происходит на водяную или масляную пленку и вторичный унос отсутствует. Величина вторичного уноса находится в прямой зависимости от интервала между встряхиваниями осадительного электрода.

В электрофильтрах отечественного производства встряхивание каждого осадительного электрода производится через 3 мин независимо от запыленности газов, эффективности очистки, скорости газов и т. д. Когда удельное сопротивление золы велико, слой золы препятствует стеканию на заземленный электрод зарядов, непрерывно поступающих на его поверхность. Однако следует учитывать, что обычно на осадительных электродах имеется неотряхиваемый слой толщиной 1–2 мм. Толщина же слоя осевшей за 3 мин золы даже при сжигании высокозольных топлив составляет для первых полей электрофильтра 100-200 мкм. Таким образом, десятикратное увеличение интервала между встряхиваниями незначительно увеличит общую толщину слоя. Поэтому этот интервал можно существенно увеличить. При гидротранспорте золы на золоотвал под бункерами золоуловителей обычно устанавливаются гидрозатворы непрерывного действия с открытым переливом. В этом случае нет дозаторов поступающей золы. Поэтому при одновременном сбросе в них большого количества золы может произойти выбрасывание пульпы или даже сухой золы через открытые лючки гидрозатвора в зольное помещение. Для подсчета максимально допустимого по условиям работы гидрозатвора промежутка времени между встряхиваниями предлагается следующее уравнение:

Здесь с – максимально допустимая концентрация золы в пульпе (500-800 г/л); V – объем пульпы в гидрозатворе, м 3 ; G – расход воды на гидрозатвор, м 3 /с; F – расчетное сечение секции электрофильтра над данным бункером, м 2 ; h – средняя степень золоулавливания; t – промежуток времени между встряхиваниями, с.

При этом период встряхивания каждого электрода

Т = t × п ,

где n - количество электродов над данным бункером.

Было предложено применение вариантов, позволяющих изменять интервал встряхивания. Испытания показали, что увеличение при помощи вариатора интервала встряхивания осадительных электродов первого поля до 30 минут, а последних полей до 2 часов уменьшило количество выносимой из электрофильтра золы (вторичный унос) примерно на 1/3.

Количество выбрасываемой в атмосферу золы зависит кроме КПД электрофильтра еще и от того, какую часть общего времени работы энергоблока отдельные поля электрофильтров находятся в нерабочем состоянии. Чаще всего отключение полей происходит из-за неполадок внутри корпуса электрофильтра, которые могут быть устранены только при полной остановке энергоблока: обрыв проводов коронирующих электродов (чаще всего в результате электроэрозии), обрыв изоляторов и штанг механизма встряхивания, обрыв и заклинивание полос встряхивания и др.

Обследование многих электрофильтров на отечественных электростанциях показывает, что конструкции подводящих газоходов и перфорированной решетки на входе в электрофильтры не обеспечивают необходимой равномерности распределения газов по аппаратам и их сечению. Это приводит к общему снижению общей эффективности золоулавливания даже при нормальном электрическом режиме электрофильтра.

Электростатический фильтр своими руками. Вряд ли кто-то удивиться, если сказать человеку, что воздух в городах и на некотором расстоянии от них является грязным и вредным для человека. Хотя существуют установленные нормы загрязнения воздуха, совокупность существующих производств нередко превышают эти нормы, а в особых случаях управляющие предприятиями заведомо не соблюдают законодательные акты. К этому их могут принудить сотрудники санэпидемстанции.

Но даже без этого концентрация вредных веществ в воздухе может быть катастрофически большой. Чтобы как-то снизить воздействие вредных веществ, создаются специальные очистительные устройства. Одним из таких устройств является плазменный ионизатор или по-другому - статическ ий фильтр, который защищает от пыли и мелких частиц вплоть до 0.01мкм. Его применяют в промышленности, как признанные самыми эффективными.

Каким принципом действия обладает электрический статическ ий фильтр

Принцип действия основан на ионизировании частиц пыли при помощи магнитного поля и притягивании, этих частиц, к специальным пластинам. Этому методу уже более 100 лет, хотя, конечно же, мощность данных установок с тех пор многократно возросла. Со временем электрический статическ ий фильтр скапливает большое количество пыли, в результате чего необходимо поменять или отчистить фильтр. В бытовых установках это необходимо делать вручную, а в промышленных вариантах применяются специальные автоматические установки.

Область применения данных фильтров широка, как никогда начиная от мелкобытовых устройств и заканчивая огромными заводами и другими промышленными предприятиями. Например, широко применяется электрический статическ ий фильтр на ТЭЦ где необходимо сжигать уголь или на химических предприятиях, где побочным продуктом производства могут оказаться вредные газы. На ТЭЦ из-за сжигания угля, всегда присутствует повышенное содержание золы.

В целом если смотреть шире, то практически на всех предприятиях, работающих по принципу сжигания каких-либо материалов (мусоросжигающие или мазутосжигающие) устанавливают электростатическ ие фильтры. Дело в том, что во время горения в атмосферу выделяется огромное количество вредных веществ. Чтобы атмосфера не загрязнялась необходимо проводить фильтрацию. В химическом производстве фильтры используются несколько иначе.

Конечно, они продолжают выполнять охранительную функцию, но также они улавливают полезные в производстве вещества для возврата их в цепь производства.

Достоинства и недостатки плазменного ионизатора.

Хотя может показаться, что очистка до 65% воздуха является плохим показателем среди всех остальных форм очистки, он является очень высоким при относительной дешевизне. Огромным достоинством является легкое обслуживание, что положительно влияет на снижение расходов. Следующим положительным качеством является возможность очистки очень маленьких частиц, в связи с чем, область и назначение применения весьма широки.

Главный же недостаток установки: при работе он генерирует озон. Хотя это неопасно в малых количествах в случае превышения норм необходимо его заменить. Вторым недостатком можно назвать неполную очистку, в связи, с чем необходимо подходить к очистительным мероприятия ответственно и создавать многоступенчатые системы.

На данный момент - это один из наиболее перспективных методов очистки и постоянно ведется работа над улучшением характеристик плазменных ионизаторов.

Даже в обычной квартире воздух нуждается в очистке, и элементарное проветривание не всегда может справиться с этой задачей.

В связи с этим повсеместно используются современные фильтры, которые могут задерживать:

• шерсть животных,
• пыль,
• пыльцу растений,
• табачный дым, неприятные запахи,
• бактерии, вирусы,
• плесень, споры грибов и другие.

Все эти загрязнители могут вызывать аллергию и являются потенциально опасными. Одним из самых популярных и доступных фильтров, представленных на рынке, является электростатический.

Фильтр электростатический для вентиляции используется для удаления из воздуха аэрозольных и механических частиц: копоти, сажи, дыма, мелкой пыли, ядовитых паров, мелкодисперсной пыли и других опасных бытовых и промышленных загрязнителей.

Такой прибор для очистки воздуха состоит из следующих компонентов:

• фильтр грубой очистки со стальной сеткой внутри,
• первый пластинчатый фильтр с плоскими электродами,
• второй пластинчатый фильтр с плоскими электродами,
• фильтр тонкой очистки, обычно с активированным углём.

Содержимое устройства может меняться в зависимости от уровня мощности и других показателей. Чем дороже оборудование, тем большей мощностью оно обладает. Недорогие фильтры можно использовать в городских квартирах. Для производственных предприятий приобретают дорогостоящую технику, отвечающую достаточно жестким требованиям.

Поток воздуха, проходя через несколько ступеней очистки устройства электростатического фильтра , а именно: ионизатор, пылесборник и несколько фильтров на выходе, получается практически стерильным.
Принцип работы электростатического устройства заключается в притяжении электрических зарядов с разной полярностью. Частицы в воздухе, попадая в фильтр, приобретают электрический заряд и оседают на токопроводящих пластинах с противоположной полярностью.

Во время работы такого фильтра для очистки воздуха выделяется озон, который у многих ассоциируется с запахом грозы. При работе промышленных установок N2 разрушается до окислов азота, так как озон сам по себе является довольно опасным и ядовитым веществом, может вызывать аллергические реакции и ожоги органов дыхания.

Электростатической фильтр — какая эффективность

Такую технику используют в медицинских учреждениях, на предприятиях общественного питания, в административных и офисных зданиях.

ВИДЕО ОБЗОР

Рейтинг производителей — какие электростатические фильтры самые популярные

Выбор электростатических устройств в магазинов достаточно большой. У обывателей могут возникнуть сложности с подбором техники для дома, офиса или производственного цеха. В первую очередь, нужно изучить технические характеристики устройства, обратить внимание на цену.

Слишком дешевые устройства вряд ли смогут на должном уровне справиться со своей задачей, в то время как очень дорогие не стоит приобретать для обычной квартиры, они предназначены для эксплуатации на крупных предприятиях.

Для дома, а также для автомобиля можно приобрести компактный вариант Супер-Плюс-Ион-Авто от производителя «Экология Плюс». Он представляет собой небольшой блок, потребляет около 3 Ватт электроэнергии. Стоимость изделия — от 30 до 50 долларов.

Plymovent Group предлагает оборудование SFE. Это уже достаточно серьёзное оборудование стоимостью около 200 тысяч рублей. Пропускает через себя 2500 кубометров воздуха за один час. А этого вполне хватит для обслуживания офиса, торгового зала и даже небольших размеров сборочного цеха.

Предприятия общественного питания используют печи и мангалы для приготовления еды. Приятный дымок во время жарки или запекания имеет обратную сторону — он может быть опасен для здоровья, поэтому владельцев заведений важно защитить от него и посетителей, и работников.

Для этого используют электростатические фильтры Smoke Ятаган. Они поглощают сажу, жиры, канцерогены, запахи и дым. Предфильтр устройства необходимо периодически промывать. Оборудование неприхотливо в эксплуатации, отличается высокой эффективностью.

ВИДЕО ИНСТРУКЦИЯ

Электростатический фильтр Эфва Супер Плюс — разработан для очистки воздуха в промышленных условиях. Задерживает масляные, сварочные аэрозоли, выделяемые во время обработки металла, производства медицинских лекарственных средств, в цехах электродуговой сварки и других.